UNIVERSITAS MULAWARMANFAKULTAS TEKNIKPS S1 TEKNIK
PERTAMBANGAN
PROPOSALTUGAS AKHIR
Nama : Teuku Adil AbdillahNIM : 0709045065Peminatan : Mekanika
BatuanJudul Tugas Akhir : Analisa Perbandingan Nilai Kohesi dan
Sudut Geser Dalam Menggunakan Kriteria Hoek and Brown dan
Klasifikasi Massa BatuanUsulan Pembimbing 1: M. Dahlan Balfas, ST.
MT.Usulan Pembimbing 2 : Revia Oktaviani, ST. MT.Dilaksanakan :
Semester Genap 2011/2012
1. Judul Tugas AkhirAnalisa Perbandingan Nilai Kohesi dan Sudut
Geser Dalam Menggunakan Kriteria Hoek and Brown dan Klasifikasi
Massa Batuan.
2. Latar Belakang MasalahPada penambangan endapan bahan galian,
perancangan lereng merupakan salah satu hal yang harus diperhatikan
untuk dapat menghasilkan produksi yang optimal dan keamanan bagi
para pekerja. Perancangan lereng tidak dapat dilepaskan dari sifat
fisik dan mekanik material penyusun lereng tersebut. Sifat mekanik
material batuan yang sangat penting dalam perancangan lereng
penambangan antara lain kuat tekan, kuat tarik, kuat geser, kohesi
dan sudut geser dalam.Parameter kohesi dan sudut geser dalam
merupakan sifat mekanik batuan yang sangat penting dalam bidang
geoteknik pertambangan. Kohesi adalah gaya yang saling mengikat
antar butir batuan, sedangkan sudut geser dalam merupakan sudut
yang dibentuk dari hubungan antara tegangan normal dan tegangan
geser didalam material tanah atau batuan. Kohesi dan sudut geser
dalam dibutuhkan dalam analisa kestabilan lereng, khususnya pada
perhitungan kuat geser tanah dan batuan serta dalam perhitungan
faktor keamanan lereng. Sebab semakin besar kohesi dan sudut geser
dalam pada suatu material batuan, maka kekuatan geser batuan
tersebut akan semakin besar, sehingga kemantapan lereng batuan
tersebut akan meningkat pula.Nilai kohesi dan sudut geser dalam
sangat dipengaruhi oleh karakteristik material batuan dalam suatu
darerah, yang akan menentukan kuat massa batuan dan gaya-gaya yang
bekerja pada material tersebut.
3. Perumusan MasalahMasalah yang dihadapi dalam penelitian ini
meliputi :1. Perhitungan nilai kohesi dan sudut geser dalam
mengunakan uji direct shear dan kriteria Mohr Coloumb.2.
Perhitungan nilai kohesi dan sudut geser dalam menggunakan kriteria
Hoek dan Brown.3. Menentukan klasifikasi massa batuan, serta
perkiraan nilai kohesi dan sudut geser dalam berdasarkan RMR.4.
Tujuan Tugas AkhirTujuan dari penelitian adalah :1. Menentukan
nilai kohesi dan sudut geser dalam batuan menggunakan uji direct
shear menurut kriteria Mohr Coloumb.2. Menentukan nilai kohesi dan
sudut geser dalam menurut kriteria Hoek dan Brown.3. Menentukan
kelas massa batuan, serta rentang nilai kohesi dan sudut geser
dalam menggunakan Rock Mass Rating (RMR).4. Menganalisa
perbandingan nilai kohesi dan sudut geser dalam yang diperoleh dari
kriteria Mohr Coloumb, Hoek and Brown, serta berdasarkan
Klasifikasi RMR.5. Ruang LingkupRuang lingkup penelitian dibatasi
pada : 1. Uji laboratorium untuk menentukan nilai kohesi dan sudut
geser dalam.2. Penelitian dilakukan pada beberapa jenis batuan.3.
Kadar air pada batuan diasumsikan kering.4. Penentuan kelas massa
batuan dengan klasifikasi RMR.5. Tidak memperhitungkan analisa
kestabilan lereng batuan.6. Tidak mengkaji kondisi mineralogis
batuan.
6. Dasar Teori6.1 Pengertian Kohesi dan Sudut Geser Dalam1. Gaya
Kohesi (c)Gaya kohesi adalah gaya yang tarik-menarik antar butir
material yang melawan gaya gerak antar butir. Gaya kohesi terutama
disebabkan oleh perlekatan yang saling mengikat antar butir
material batuan. Hal ini sangat dipengaruhi oleh adanya
material-material halus yang dapat melekatkan butiran-butiran
batuan seperti lempung, karst, dan lain-lain.Nilai kohesi
tergantung pada kekompakan butirnya. Semakin kompak suatu batuan
maka semakin besar nilai kohesinya. Sebaliknya pada kondisi lepas
(losse) nilainya semakin kecil. Selain itu juga dipengaruhi oleh
kandungan air, karena adanya air akan mengurangi daya lekatnya. 2.
Sudut Geser Dalam ()Sudut geser dalam merupakan sudut yang dibentuk
dari hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser didalam
material tanah atau batuan. Gaya geser (T) dan gaya normal (N)
dapat dipandang sebagai dua komponen dalam satu resultan yang
membentuk sudut dengan garis lurus PP (gambar 1.1 )
PPNFT
Gambar 6.1 Sudut geser dalam ; PP adalah bidang geser ; N adalah
gaya yang tegak lurus bidang geser ; T adalah gaya yang sejajar
bidang geser ; F adalah resultan T dan N ; adalah sudut geser dalam
(Billings, 1987)
6.2 Fungsi Kohesi dan Sudut Geser DalamKohesi dan sudut geser
dalam merupakan parameter yang sangat berpengaruh dalam perhitungan
tegangan geser batuan. Parameter kohesi dan sudut geser dalam
merupakan sebagian dari sifat mekanis tanah yang mempengaruhi
kekuatan geser batuan pada khususnya dan kemantapan lereng batuan
pada umumnya. Hubungan kohesi dan sudut geser dalam terhadap kuat
geser batuan dapat dirumuskan sebagai berikut : = c + tan Dimana :
kuat geser batuan (ton/m2)c = kohesi (ton/m2) = tegangan efektif
(ton/m2) = sudut geser dalam (derajat)
6.3 Perhitungan Kohesi dan Sudut Geser Dalam Menurut Kriteria
Mohr ColoumbBila pada suatu spesimen batuan bekerja tegangan geser
dan tegangan normal yang akan menyebabkan batuan tersebut mengalami
retak pada bidang diskontinu dan mengalami geseran. Tegangan geser
yang dibutuhkan akan bertambah sesuai pertambahan tegangan normal
hingga batuan tersebut mengalami retak dan bergeser.
Gambar 6.2 Hubungan tegangan geser dan tegangan normal
Pada grafik hal ini berhubungan secara linier membentuk suatu
garis yang membentuk sudut sebesar terhadap horizontal. Sudut
inilah yang dinamakan sudut geser dalam.Bila tegangan normal dibuat
nol dan kemudian batuan diberikan tegangan geser sampai batuan
tersebut mulai retak, maka harga tegangan geser yang dibutuhkan
pada saat batuan mulai retak adalah merupakan harga kohesi (c) dari
batuan tersebut.Hubungan antara tegangan geser () dan tegangan
normal ( ) menurut kriteria Mohr Coulomb dapat dinyatakan sebagai
berikut: = c + tan Dimana : = kuat geser batuan (ton/m2) c = kohesi
(ton/m2) ' = tegangan normal (ton/m2) = sudut geser dalam
(derajat)
6.4 Perhitungan Kohesi dan Sudut Geser Dalam Menurut Kriteria
Hoek and BrownSecara umum, kriteria mengenai keruntuhan (failure)
menurut kriteria Hoek and Brown pada massa batuan yang terkekarkan
didefinisikan sebagai berikut :
Dengan 1 dan 3 adalah tegangan efektif dan minimum pada saat
runtuh. Dalam metode ini, tegangan utama maksimum (1 ) sesuai
dengan tegangan utama minimum (3 ) pada keadaan runtuh didapatkan
melalui rumus empiris yang bergantung pada faktor-faktor: a) Nilai
GSI (Geological Strength Index)b) Kuat tekan uniaksial batuan utuh
(ci)c) Konstanta material jenis batuan (mi)d) Tiga buah parameter
empiris yang menggambarkan tingkat keruntuhan massa batuan, yaitu
mb, s dan.
Parameter GSI (Geological Strength Index) merupakan indeks nilai
kekuatan batuan yang ditemukan oleh Hoek (1994), dan telah
disempurnakan kembali oleh Hoek dan Marinos (2000) yang merupakan
suatu sistem untuk mengestimasikan pengurangan kekuatan massa
batuan di lapangan berdasarkan kondisi geologis yang berbeda.
Penilaian pada sistem GSI dapat dilihat pada gambar 6.5 .
Gambar 6.5 Penilaian Geological Stength Index untuk berbagai
Struktur Batuan (Hoek-Brown, 2002)
Penilaian pada Geological Strength Index didasarkan pada dua
parameter, yaitu struktur geologi batuan dan kondisi permukaan
batuan tersebut.Struktur Geologi1. Batuan utuh atau masif dengan
beberapa spasi diskontinuitas yang sangat jarang.2. Balok-balok
massa batuan yang tidak terganggu dengan tingkat keterkuncian
tinggi berbentuk tiga set bidang diskontinuitas ortogonal.3.
Balok-balok massa batuan yang terkunci dan agak terganggu dimensi
lebih kecil dengan banyak fase bersudut, terbentuk dari 4 set atau
lebih diskontinuitas.4. Balok-balok massa batuan terganggu ,
terlipat dan/ atau tersesarkan dengan balok menyudut yang terbentuk
oleh banyak bidang diskontinuitas yang saling berpotongan. 5. Massa
batuan yang sangat terhancurkan, terdisinteregrasi dengan tingkat
keterkuncian rendah, dengan campuran potongan-potongan batuan
menyudut dan membundar.6. Batuan lemah yang terfoliasi/
terlaminasi/mengalami pergeseran secara tektonik, dengan
skistositas rapat, berlaku terhadap setiap set diskontinuitas lain,
yang menghilangkan bentuk balok secara total.Kondisi Permukaan1.
Sangat BaikPermukaan sangat kasar , segar, tidak lapuk.2.
BaikPermukaan kasar, agak lapuk, dan ternoda (stained).3.
SedangPermukaan halus, lapuk sedang dan mengalami alterasi
(perubahan).4. BurukPermukaan sangat terlapukkan dengan pelapis
atau isian material padat dan fragment menyudut.5. Sangat
BurukPermukaan sangat terlapukkan dengan pelapis atau isian lempung
lunak.
Nilai konstanta material (mi) dan kuat tekan batuan utuh (ci)
didapatkan dari hasil analisa statistik uji triaksial pada sejumlah
sampel batuan. Namun apabila uji laboratorium tidak dapat
dilakukan, maka tabel berikut dapat digunakan untuk mengestimasikan
nilai mi dan ci.
Gambar 6.6 Estimasi nilai Kuat Tekan Batuan Utuh (ci) untuk
Intact Rock (Hoek-Brown, 2002)
Gambar 6.7 Nilai mi untuk batuan utuh (Hoek-Brown, 2002)
Konstanta empiris mb merupakan konstanta Hoek and Brown untuk
massa batuan, yang merupakan penurunan nilai material konstanta mi
untuk batuan utuh, yang dapat dihitung dengan persamaan:
Nilai s dan merupakan konstanta untuk massa batuan yang dihitung
dengan persamaan :
D adalah faktor ketergangguan (disturbance factor) yang
tergantung pada derajat kerusakan batuan yang disebabkan oleh
peledakan maupun pelepasan tegangan. Nilai D dapat bervariasi dari
0 untuk massa batuan in situ yang tidak terganggu sampai 1 untuk
massa batuan yang sangat terganggu.
Gambar 6.8 Tabel Estimasi nilai Faktor Ketergangguan (D),
(Hoek-Brown, 2002)
Setelah semua parameter didapatkan, nilai kohesi dan sudut geser
dalam didapatkan dengan persamaan :
Dimana,
Nilai dicari dengan persamaan :
untuk lereng, dimana H = tinggi lereng
adalah kekuatan massa batuan global (global strength) yang
didapat dengan persamaan :
atau
6.5 Perkiraan nilai Kohesi dan Sudut Geser Dalam menggunakan
Rock Mass Rating Bieniawski (1973) mempublikasikan suatu metode
klasifikasi massa batuan yang dikenal dengan Geomechanics
Classification atau Rock Mass Rating (RMR).
Selama bertahun-tahun, klasifikasi massa batuan ini telah
mengalami penyesuaian dan modifikasi hingga Bieniawski menggunakan
sistem rating untuk mengklasifikasikan massa batuan. Sistem
klasifikasi massa batuan RMR menggunakan enam parameter, dimana
rating pada setiap parameter kemudian dijumlahkan untuk memperoleh
nilai total dari RMR.
Dari kelas batuan yang dihasilkan oleh RMR, dapat diperkirakan
nilai kohesi dan sudut geser dalam batuan dengan berdasarkan
rentang nilai tertentu.Parameter Rock Mass Rating (RMR) :1. Kuat
tekan batuan utuh (Strength of intact rock material)2. Rock Quality
Designation (RQD)3. Jarak antar (spasi) kekar (Spacing of
discontinuities)4. Kondisi kekar (Condition of discontinuities)5.
Kondisi air tanah (Groundwater condition)6. Orientasi Kekar
A. Pembobotan Parameter Dalam RMR SistemTabel 6.1 Pembobotan
parameter klasifikasi dalam RMR sistemNo.ParameterSelang Nilai
1Kekuatan BatuanIndeks Kekuatan Point Load (MPa)> 1010 44 22
1Untuk nilai yang lebih kecil penggunaan UCS lebih dianjurkan
UtuhKuat Tekan Unaxial (MPa)> 250250 100100 5050 2525 55
1< 1
Pembobotan151274210
2RQD (%)100 9090 7575 5050 25< 25
Pembobotan20171383
3Spasi Rekahan> 2 m2 0,6 m0,6 0,2 m200 60 mm< 60 mm
Pembobotan20161085
4Kondisi RekahanPermukaan sangat kasar tidak menerus, tidak
renggang, tidak lapukAgak kasar, spasi < 1 mm, agak lapukAgak
kasar, spasi < 1 mm, sangat lapukMaterial pengisi < 5mm,
regangan 1 5 mm, menerusMaterial pengisi tebal > 5 mm, atau
regangan > 5 mm, menerus
Pembobotan302520100
5Air TanahAliran per 10 meter panjang Tunnel (L/min)Tidak
ada< 1010 2525 125> 125
Rasio tekanan air pori per tegangan utama0< 0,10,1 0,20,2
0,5> 0,5
Keadaan UmumKeringLembabBasahMenetesMengalir
Pembobotan1510740
Sumber : Rock Mass Rating (after Bienawski, 1989)
B. Penyesuaian Pembobotan Untuk Orientasi KekarTabel 6.2
Penyesuaian pembobotan untuk orientasi kekarOrientasi jurus dan
kemiringanSangat menguntungkanMenguntungkanSedangTidak
menguntungkanSangat tidak menguntungkan
PembobotanTerowongan0-2-5-10-12
Pondasi0-2-7-15-25
Lereng0-2-25-50-60
C. Kelas Massa Batuan Dari Pembobotan TotalTabel 6.3 Kelas massa
batuan dari pembobotan totalPembobotan100 8180 6160 4140 20<
20
Nomor kelasIIIIIIIVV
DeskripsiSangat baikBaikSedangJelekSangat jelek
D. Arti Dari Kelas BatuanTabel 6.4 Arti dari kelas massa batuan
dan perkiraan rentang nilai Kohesi dan Sudut Geser Dalam dari Kelas
Massa BatuanNomor KelasIIIIIIIVV
Kohesi massa batuan (KPa)> 400400 300300 200200 100<
100
Sudut geser dalam massa batuan (o)> 4545 3535 2525 15<
15
7. Metodelogi Adapun langkah-langkah dalam pengerjaan tugas
skripsi ini sebagai berikut :1. Studi literaturStudi literatur
dilakukan dengan pencarian literatur dan referensi yang menunjang
penelitian. Serta peningkatan pemahaman terhadap dasar-dasar teori
yang dapat menjadi acuan dalam penelitian ini, termasuk dari kajian
dan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. 2. Pengamatan
lapanganPengamatan dilapangan meliputi pengamatan terhadap kondisi
batuan pada lereng, pengukuran-pengukuran terhadap parameter RMR,
dan pengambilan sampel batuan.3. Uji laboratoriumPengujian terhadap
sampel batuan yang dilakukan di laboratorium dialkukan untuk
mendapatkan nilai kohesi, sudut geser dalam dan tegangan normal
pada batuan yang meliputi pengujian direct shear, uji kuat tekan
(UCS) dan pengujian laboratorium lainnya yang dapat mendukung
penelitian ini.4. Pengumpulan data1) Data PrimerData Primer adalah
data yang diperoleh secara langsung dari kegiatan pengamatan
lapangan dan pengujian di laboratorium.2) Data sekunderData
sekunder adalah seluruh data pendukung yang dapat digunakan dalam
membantu dalam penyelesaian penelitian ini.
5. Pengolahan dataPengolahan data diakukan dengan cara
perhitungan terhadap data hasil uji laboratorium dan hasil
pengamatan di lapangan untuk mendapatkan nilai kohesi dan sudut
geser dalam batuan serta kelas masa batuan. Pengolahan data
dilakukan dengan bantuan software komputer Microsoft Excel dan
Rocscience RocData 3.0.
6. Analisis dataAnalisa data dilakukan secara kuantitatif guna
memperoleh kesimpulan sementara. Selanjutnya kesimpulan sementara
ini akan diolah lebih lanjut dalam pembahasan.
7. KesimpulanKesimpulan diperoleh setelah dilakukan korelasi
antara pengolahan data yang telah dilakukan dengan permasalahan
yang diteliti.
Studi LiteraturPenyelidikan LapanganPenentuan Parameter Hoek and
Brown :GSIDmiPenentuan Parameter RMR :Spasi kekarKondisi
kekarRQDKondisi Air TanahOrientasi strike/dipPengambilan Contoh
BatuanPengujian Sample Batuan di LaboratoriumUji Direct
ShearksialUji UCSNilai Kuat Tekan Batuan Utuh
(sigci)ksialPengolahan data dengan software RocData 3.0Output nilai
mb, s dan Pembuatan grafik Tegangan geser-Tegangan
normalKlasifikasi Massa Batuan dengan RMRRentang nilai kohesi dan
sudut geser dalam menurut kelas massa batuanPerhitungan nilai
kohesi dan sudut geser dalam dengan Kriteria Hoek and
BrownKesimpulanNilai kohesi dan sudut geser dalam menurut Kriteria
Mohr Coloumb
Gambar 6.9 Diagram Alir Penelitian
Daftar Pustaka
1. Baskari, Tonny Lesmana, 2008, Kajian Klasifikasi Massa Batuan
Terhadap Stabilitas Lereng Dan Penentuan Kekuatan Jangka Panjangnya
Pada Operasi Penambangan Binungan PT. Berau Coal Kalimantan Timur,
Teknik Pertambangan dan Perminyakan, ITB.2. Bieniawski, Z. T.,
1989, Engineering Rock Mass Classifications. A complete Manual for
Engineers and Geologists in Mining, Civil, and Petroleum
Engineering. Mining and Mineral Resources Research Institute The
Pennyslvania State University.3. Duncan, J.M, 2005, Soil Strentgh
and Slope Stability, John Wiley & Sons. Inc, New Jersey.4.
Marinos P, Hoek E, 2000, GSI: A geologically friendly tool for rock
mass strength estimation, Melbourne, Technomic publishers,
Lancaster.5. Wyllie, Duncan C, 2007, Rock Slope Engineering, St
Edmunsbury Press Ltd, Suffolk.
Samarinda, 8 Maret 2012Ketua Program Studi, Yang
mengusulkan,
Agus Winarno, ST.MT.Teuku Adil AbdillahNIP. 19700927 200312
001NIM. 0709045065