P3 MEKANIKA BATUAN Diskontinuitas.pdf

1

Mekanika Batuan(Diskontinuitas)

Oleh :Irvani

Universitas Bangka Belitung Jurusan Teknik Pertambangan

Referensi :• Goodman, R.E. 1989. Introduction to Rock Mechanics. 2nd Edition. John Wiley &

Sons., Canada.• De Vallejo, L.I.G. And Ferrer, M. 2011. Geological Engineering. Taylor & Francis

Group, London, UK.• Hudson, J.A. and Harrison, J.P. 1997. Engineering Rock Mechanics : An Introduction

to The Principles. Elsevier Science Ltd., Oxford.• Hudson, J.A. and Harrison, J.P. 2000. Engineering Rock Mechanics : Illustrative

Worked Examples. Elsevier Science Ltd., Oxford.• Hoek, E. 2007. Practical Rock Engineering. Notes, Evert Hoek Consulting Engineer

Inc., Canada. http://www.rockscience.com.• Giani, G.P. 1992. Rock Slope Stability Analysis. A.A. Balkema Publishers, Rotterdam,

Netherlands.• Bieniawski, Z.T. 1989. Engineering Rock Mass Classification. Mining and Mineral

Resources Research Institute. Pennsylvania State University.• Bell, F.G. 2007. Engineering Geology. 2nd Edition. Elsevier Ltd., Burlington, USA.• Singh, B. and Goel, R.K., and Hudson, J.A. 2006. Tunneling in weak rocks. Imperial

College of Science, Technology and Medicine, University of London, UK.• Singh, B., Goel, R.K. 2011. Engineering Rock Mass Classification: Tunneling,

Foundation, and Landslides. Butterworth-Heinemann, Elsevier Inc., USA.• Wyllie, D.C. 1999. Foundations on Rock. 2nd Edition, E & FN Spon, London.• Wyllie, D.C. and Mah, C.W. 2004. Rock Slope Engineering. Civil and Mining

Engineering, 4th Edition, Spon Press, New York.• Bates, R.L. and Jackson, J.A., 1987. Glossary Geology. 3th Edition. American

Geological Institute Elexandria, Virginia.• DLL.


2

Pokok Bahasan :I Pendahuluan (P.1)

II Klasifikasi & Sifat Indeks Batuan (P.2-4)a. Batuan & Perilaku Batuanb. Diskontinuitasc. Sifat Indeks & Mekanik Batuan

III Stress & Strain (5)

IV Kekuatan, Deformability & Kriteria Runtuhan Batuan(P.6-7)a. Kekuatan Batuan & Deformabilityb. Kriteria Mohr-Coulomb & Hoek-Brown.

V Klasifikasi Massa Batuan (P.8-10)

VI Aplikasi Mekanika Batuan pada Lereng (P.11-12)

VII Aplikasi Mekanika Batuan pada Terowongan (P.13-14)


Menurut Giani (1992) diskontinuitas dalam bidang ilmu mekanika batuan (rock mechanics), merupakan istilah untuk batuan yang telah mengalami keruntuhan (failure).

Bentuk-bentuk diskontinuitas secara umum dapat berupa diskontinuitas stratigrafi, seismik, dan struktur geologi (Bates & Jackson, 1987).

Diskontinuitas


3

Tahapan pengumpulan data geologi mekanika batuan : studi pustaka; reconnaissance; pemboran eksflorasi; paritan dan sumuran; uji in situ; pengujian detail dan pemetaan (Cheng & Lau, 2008).

Parameter yang perlu dicatat dalam investigasi bidang diskontinuitas seperti : tipe batuan; tipe diskontinuitas; skala pengukuran; orientasi; spasi; persistence; kekasaran; kekuatan (wall strength); aperture; pengisi; seepage; jumlah set kekar; bentuk dan ukuran blok; serta tingkat pelapukan (Wyllie, 1999).


Investigasi Diskontinuitas

Karakteristik diskontinuitas pada massa batuan (Wyllie, 1999)


4

B. Tipe DiskontinuitasContoh2 tipe diskontinuitas :- Patahan.- Bidang perlapisan- Foliasi- Kekar - Belahan- Skistositas- DLL

Bieniawski (1989), Price (2009) dan Bell (2007)

A. Tipe Batuan


1. Bidang Perlapisan (Bedding Plane)Bidang perlapisan :- Permukaan planar atau mendekati planar, memisahkan lapisan batuan sama atau berbeda (Bates & Jackson, 1987). - Permukaan di atas dan bawah lapisan (Boggs, 2006).

Bidang perlapisan juga sebagai bidang umum failurebatuan dalam mekanika batuan (Peng & Zhang, 2007).

..... Tipe Diskontinuitas


5

Contoh perlapisan (Duncan, 1969 dalam Giani, 1992) : a) lapisan teratur, b) current bedding, c) Graded bedding, d) Slump bedding, e1) Top wave ripple marks, e2) Bottom current ripple marks, f) Sun cracks.

....... Perlapisan


2. Belahan (Cleavage) Belahan merupakan kemas sekunder dan terbentuk pada temperatur rendah (Pluijm & Marshak, 2004).

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

Bidang belahan terbentuk karena pengaruh tensile stresssehingga teretakkan sepanjang bidang paralel, berasosiasi dengan kemas dan perlipatan besar (Davis, 1996).



6

(a) (b)

(c) (d)

Morfologi belahan (Pluijm & Marshak, 2004). Ket : (a) disjunctive cleavage, (b) pencil clevage dengan kemas kontinyu slaty clavage, (c) crenulation cleavage (kiri-semetri dan kanan-tidak simetri), (d) spasi belahan berdasarkan belahan dominan.

..... Belahan


3. Skistositas (Schistosity) Skistositas :

Orientasi mineral kasar mika atau mineral lain, terbentuk oleh proses foliasi anisotrop (Pluijm & Marshak, 2004; Davis, 1996; dan Twiss & Moores, 2007) .

Variasi foliasi batuan metamorf berbutir kasar, sebagai hasil dari pengaturan pararalel butiran pipih dan elipsoid dalam substansi batuan (Giani, 1992 dan Wyllie & Mah, 2004) .



7

Klasifikasi batuan metamorf berfoliasi (modifikasi Lutgen et al., 2012)

..... Skistositas


4. Lipatan (Fold) Lipatan :- Liukan perlapisan batuan yang berlapis (Giani, 1992),

- Bentuk kurva pada batuan (Pluijm & Marshak, 2004),

- Bentuk gelombang dan berkembang dalam semua skala (Bell, 2007 dan Twiss & Moores, 2007).

Perlipatan merupakan manifestasi deformasi ductile (Pluijm & Marshak, 2004 dan Twiss & Moores, 2007), karena lipatan mampu berkembang tanpa mengalami patah, dan melalui deformasi heterogen (Pluijm & Marshak, 2004).



8

Tipe-tipe lipatan (Bell, 2007). Ket : a) geometri simetri lipatan, contoh geometri lipatan khusus : c) lipatan monoklin, d) lipatanisoklin, e) Lipatan kipas.

..... Lipatan


Mekanisme perlipatan (Bagdley, 1965 dalam Giani, 1992). Ket : a) Shear folding, b) Mekanisme flexure folding meliputi pergerakan shear.

..... Lipatan


9

5. Patahan (Fault)

Patahan merupakan diskontinuitas memanjang dengan teramati perpindahan posisi. Secara umum patahan membentuk set-set diskontinuitas paralel atau sub-paralel memanjang, atau disebut juga zona patahan. (Pluijm & Marshak, 2004; Davis, 1984; Twiss & Moores, 2007; Jaeger et al., 2007; Giani, 1992; dan Wyllie & Mah, 2004)



Diagram dan plotting proyeksi luasan-sama dari tiga kelas patahan (Anderson, 1942 dalam Rowland et al., 2007).

.... Patahan


10

6. Kekar (Joint)Kekar adalah rekahan batuan, memanjang dengan sedikit atau tanpa pergeseran (displacement) (Giani, 1992; Bell, 2007 dan Twiss & Moores, 2007).

Orientasi geometri kekar (Bell, 2007). Ket : (cross joint, longitudinal joint, diagonal joint) relatif terhadap sumbu lipatan dan sumbu tegasan utama.

..... Tipe DiskontinuitasUniversitas Bangka Belitung Jurusan Teknik Pertambangan

Pola kekar secara umum :1. Sistematik : Merupakan set kekar yang menunjukkan

kelompok kekar paralel dan sub-paralel (Giani, 1992 dan Pluijm & Marshak, 2004).

2. Non-sistematik : Kekar yang tidak memiliki pola definitif, dengan distribusi spatial tidak teratur (Pluijm & Marshak, 2004) dan Twiss & Moores, 2007). 26

Pluijm & Marshak, 2004

..... Kekar


11

Kekar Berdasarkan sifat perpotongan (Piteau, 1970) dalam Palmstorm, 1995) :

1. Kekar persisten : Yaitu kekar yang memotong kekar lain. Kedudukan kekar bisa diamati berdasarkan azas cross cutting relationship.2. Sebagian persisten, sebagian lain non-persisten : Kelompok ini merupakan gabungan dari dua sifat utama kekar.3. Semua kekar non-persisten : Yaitu kelompok kekar yang bersifat tidak memotong kekar lain.

..... Kekar


Ilustrasi berbagai pola kekar (Pollard & Aydin, 1988) : A. Pola orthogonal, dengan set persisten (+-intersections), B. Pola non-orthogonal, dengan set persisten (X-intersections), C. Pola orthogonal, satu set persisten (T-intersections), D. Pola non-orthogonal, dengan 1 (satu) set kekar persisten, E. Pola orthogonal, kedua set umumnya berupa kekar diskontinyu, F. Pola non-orthogonal, kedua set memiliki kekar diskontinyu, G. Triple intersections pada semua kekar, H. Tripple intersections dengan sudut 120o.

..... Kekar


12

C. Skala Diskontinuitas

Sifat batuan atau sifat material diukur melalui perconto kecil di laboratorium, sedangkan sifat massa ditentukan dari keseluruhan besar volume batuan melalui pengukuran lapangan (West, 2010).

Diskontinuitas berupa retakan mikro dan makro diamati menggunakan percontoh laboratorium. Adapun observasi diskontinuitas berupa bidang perlapisan, kekar, dike, zona hancuran, zona rekahan dan patahan, termasuk patahan utama dilakukan melalui pengamatan in situ (Duncan & Goodman, 1968 dalam Giani, 1992).


Diagram ideal transisi skala (Hoek, 2007). Ket : dari batuan padu-massa batuan terkekarkan kuat melalui peningkatan skala ukuran sample.

..... Skala Diskontinuitas


13

Deskripsi karakteristik diskontinuitas berdasarkan skala observasi (Duncan & Goodman, 1968 dalam Giani, 1992)

..... Skala Diskontinuitas


D. Orientasi DiskontinuitasOrientasi merefleksikan siknifikansi variasi set diskontinuitas massa batuan (Bieniawski, 1989).

Orientasi diskontinuitas diekspresikan oleh strike dan dip (Wyllie, 1999).


14

Contoh proyeksi stereografis (Rowland, 2007). Ket : bidang (N–S, 40O W), a) pandangan menyamping 3D bidang, b) posisi kutub terhadap bidang proyeksi.

..... Orientasi Diskontinuitas


E. Spasi DiskontinuitasSpasi merupakan jarak diskontinuitas terdekat, yang diukur secara tegak lurus (Bieniawski, 1989; Giani, 1992; Hudson & Harrison, 1997 dan Singh & Goel, 2006).

Spasi dipetakan melalui permukaan batuan dan inti bor, dimana spasi sebenarnya dihitung berdasarkan spasi semu untuk diskontinuitas miring terhadap permukaan dengan menggunakan persamaan Terzaghi (1965) (Wyllie, 1999).


15

Hubungan dip diskontinuitas semu dan sebenarnya (Wyllie, 1999)

...... Spasi Diskontinuitas


Deskripsi bidang perlapisan dan spasi kekar (Anon, 1977a dalam Bell, 2007)

...... Spasi Diskontinuitas


16

F. Persistence

Persistence merupakan pengukuran panjang atau luas diskontinuitas. Parameter ini menetapkan ukuran blok dan panjang potensi permukaan gelincir (Wyllie, 1999).


Perhitungan persistence dari Pahl (1981) dalam Wyllie & Mah (2004)

..... Persistence


17

..... Persistence


G. KekasaranKekasaran sebagai parameter yang menunjukkan indeks tidak rata dan gelombangan (waveness) pada diskontinuitas batuan (Giani, 1992).

Secara umum bentuk permukaan diskontinuitas berunduk (stepped) memiliki permukaan kasar, jika berombak (undulating) permukaannya halus, dan jika lurus (planar) maka bidang permukaan licin (slickensides) (Wyllie & Mah, 2004).


18

Survey tingkat kekasaran pada skala berbeda (ISRM, 1978). Ket : dengan referensi untuk keperluan tes kuat geser, dimana isebagai sudut gelombang, 1) Ukuran uji shear laboratorium, 2) Ukuran volume blok pada uji in situ.

..... Kekasaran


Metode alternatif untuk estimasi nilai JRC (Barton & Bandis, 1982 dalam Hoek, 2007), yaitu dari pengukuran simpangan rata-rata air.

..... Kekasaran


19

Profil tingkat kekasaran untuk nilai kisaran JRC (Barton & Choubey, 1977)

..... Kekasaran


H. Kekuatan Dinding (Wall Strength)

Kekuatan dinding ekuivalen terhadap kuat kompresi dinding batuan berdekatan suatu diskontinuitas (ISRM, 1978).

Kekuatan dinding diskontinuitas mempengaruhi kuat geser pada permukaan kasar (Wyllie, 1999).


20

...... Kekuatan Dinding (Contoh pengukuran)Universitas Bangka Belitung Jurusan Teknik Pertambangan

...... Kekuatan Dinding (Wall Strength)Universitas Bangka Belitung Jurusan Teknik Pertambangan

21

I. ApertureAperture merupakan jarak tegak lurus yang memisahkan dinding diskontinuitas batuan (Wyllie, 1999).

Dimana kehadiran rongga pada diskontinuitas akan mempengaruhi kekuatan massa batuan dan besaran hidraulic conductivity air tanah (Giani, 1992), sehingga berguna untuk memprediksi perilaku massa batuan, (Wyllie & Mah, 2004 ).


...... Aperture


22

...... ApertureUniversitas Bangka Belitung Jurusan Teknik Pertambangan

J. Pengisi (Infilling)

ISRM (1978) dan Wyllie (1999) mendefinisikan pengisi sebagai material yang memisahkan dinding batuan berdekatan pada suatu diskontinuitas.

Tipe pengisi bisa berupa pasir, lanau, lempung, breksi, gauge dan mylonit. Adapun untuk mineral pengisi seperti kalsit, kuarsa dan pirit memiliki kekuatan cukup tinggi (Giani, 1992).


23

..... Pengisi (Infilling)


K. Seepage

Seepage berhubungan dengan aliran air dan uap bebas pada diskontinuitas atau massa batuan (ISRM, 1978).

Keadaan iklim yang dimiliki suatu wilayah, turut mempengaruhi keterdapatan seepage, dan potensi besarnya infiltrasi air ke dalam zona saturasi (Wyllie & Mah, 2004).


24

..... Seepage


L. Jumlah Set DiskontinuitasSecara konseptual suatu set terdiri dari diskontinuitas paralel atau sub-paralel (Hudson & Harrison, 1997).

Sehingga peningkatan jumlah set menyebabkan ukuran blok berkurang, bertambah besar kesempatan bongkahan berotasi, mengalami perubahan dan hancur akibat kerja beban (Wyllie, 1999).

Perhitungan jumlah diskontinuitas pada suatu set (Terzaghi, 1965)


25

Skema klasifikasi jumlah set-set kekar ISRM (1978) :1. Massive, kadang dengan kekar-kekar acak.2. Satu set kekar3. satu set kekar ditambah acak4. Dua set kekar5. Dua set kekar ditambah random6. Tiga set kekar7. Tiga set kekar ditambah acak8. Empat atau lebih set kekar9. Batuan teremukkan (crushed earthlike rock).

....... Jumlah Set Diskontinuitas


M. Ukuran dan Bentuk Blok

Ukuran blok dan distribusinya sebagai distribusi in situukuran partikel (Hudson & Harrison, 1997).

Ukuran blok mengindikasikan perilaku massa batuan, karena mampu mengestimasi performa massa batuan dalam kondisi tegasan (Bell, 2007).

Adapun jumlah set dan orientasi atau pola kekar berperan menentukan bentuk blok yang dihasilkan (ISRM, 1978)


26

Massa batuan terkekarkan secara ideal, umumnya dibedakan menjadi blok-blok berbentuk (Sen & Eissa, 1992) :1. Blok prismatik : Ketiga dimensi blok berpengaruh pada definisi.2. Blok pipih (plate block) : Mirip dengan lembaran dimana dua dimensi relatif lebih besar daripada dimensi ketiga.3. Blok batang (bar block) : Hanya satu dimensi siknifikan dari yang lain.

...... Ukuran dan Bentuk Blok


Barton (1978) juga membuat deskripsi massa batuan berdasarkan atas ukuran dan bentuk blok :

1. Massive : Beberapa kekar atau spasi yang lebar2. Blocky : Umumnya equidimensional3. Tabular : Salah satu dimensi lebih kecil daripada dua dimensi lain.4. Columnar : Salah satu dimensi lebih besar dibandingkan dua dimensi lain.5. Irregular : Variasi yang luas dari ukuran dan bentuk blok6. Crushed : Terkekarkan hebat.



27

Berbagai contoh jenis pola kekar dan bentuk blok (Dearman, 1991 dalam Palmstorm, 1995). Ket : angka-angka menunjukkan jumlah set kekar.





28

N. PelapukanPelapukan batuan : 1. Proses perubahan disebabkan air, karbon dioksida dan oksigen (Giani, 1992). 2. proses eksternal yang menyebabkan perubahan sifat asal mula (Price, 2009).

Prosesnya melibatkan agen-agen fisika, kimia, dan biologi (Bates & Jackson, 1987 dan Verhoef, 1994), atau melalui proses mekanika dan disolusi kimia (Giani, 1992).

Pelapukan berupa desintegrasi dan dekomposisi (Wyllie, 1999).


...... Pelapukan


29

Terima Kasih


Documents

P3 MEKANIKA BATUAN Diskontinuitas.pdf