1
BUKU PENGANTAR KULIAH GEOLOGI TEKNIK Nama Pemilik buku Nomor Mahasiswa
: Sigit Agung Prasetia : 410008003
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL YOGYAKARTA 2010
2
Kata Pengantar
Telah lama kami berkeinginan menyempurna kan diktat kuliah Geologi Teknik tahun 2002, untuk lebih dapat berpartisipasi dalam bidang pekerjaan geologi teknik dan dapat menambah pengetahuan dalam kaitannya kerekayasaan bangunan teknik. Buku ini khusus untuk kalangan sendiri, bertujuan untuk membantu mahasiswa Jurusan Teknik Geologi memahami materi kuliah yang kami ajarkan. Materi ini kami ambil dari beberapa literatur, jurnal dan beberapa teori praktis pengalaman kami pada waktu bekerja di Proyek Bengawan Solo termasuk Departemen Pekerjaan Umum. Kami menyadari isi buku ini masih banyak kekurangannya dan kesalahan untuk itu kami sangat terimakasih apabila pembaca berkenan untuk mengkritik demi lebih baik. Semoga buku ini bermanfaat bagi para mahasiswa dan pembaca.
Yogyakarta, 5 Agustus 2009
3
DAFTAR ISI (maaf nomorx g sesuai) Halaman Kata Pengantar …………………………………………………….............
.i
Daftar Isi ……………………………………………………………….......
.ii
Daftar Tabel ……………………………………………………………......
v
Daftar Gambar …………………………………………………………......
vi
BAB I. PENDAHULUAN …………………………………………. .........
1
1.1.Maksud dan Tujuan ....…………………………………………… ........
1
1.2. Ahli Geologi Teknik .................................................................... ........
1
1.3. Ruang lingkup …………………………………………………………
2
1.4. Penelitian Lapangan …………………………………………………..
2
1.5. Tahapan Penelitian …………………………………………………….
3
1.6.Berbagai cara Penelitian Lapangan ……………………………………
3
1.7.Mineral …………………………………………………………………
10
1.8. Mineral Pembentuk Batuan ……………………………………………
11
1.9.Prinsip Dasar Geologi Teknik ………………………………………...
11
BAB II. GEOLOGI …………………………………….............................
13
2.1. Batuan Beku .........................................................................................
20
2.2. Batuan Sedimen ....................................................................................
24
2.3. Batuan Metamorf ..................................................................................
26
2.4. Struktur Sedimen ………………………………………………............
27
5. Struktur Batuan .........................................................................................
28
2.6. Ketidak selarasan (Unconformities) ......................................................
35
2.7. Paleontologi ...........................................................................................
36
2.8. Gempa Bumi …………………………………………………………..
38
BAB III. PENYELIDIKAN GEOLOGI .......................................................
42
3.1. Peta Geologi Teknik .............................................................................
45
3.2. Analisa Besar Butir Tanah ....................................................................
45
3.3. Batas-batas Atterberg ............................................................................
47
3.4. Keaktifan ...............................................................................................
48
4
3.5. Mineral Lempung ..................................................................................
50
3.6. Tingkat Pengembangan ...........................................................................
51
3.7. Knsolidasi ...............................................................................................
52
3.8. Kuat Geser Tanah ...................................................................................
54
3.9. Bor Tangan .............................................................................................
55
3.10. Pengambilan Contoh Tanah .................................................................
57
3.11. Pemboran Inti/Pemboran Mesin ...........................................................
57
3.12. Daya Dukung ........................................................................................
71
BAB IV. GERAKAN TANAH ......................................................................
75
4.1.Definisi ............ .........…………………………………………..............
75
4.2.Faktor Penyebab Gerakan Tanah .......………………………................
75
4.3.Secara mekanika ………………………………………………..............
76
4.4. Macam Gerakan Tanah ...……………………………………..............
79
4.5. Klasifikasi Gerakan Tanah ..........................………………..................
79
4.6. Kemampuan Geologi Teknik …………………………………. ...........
86
4.7. Evaluasi Zona Geologi Teknik Untuk RUTR .......................................
88
4.8. Analisa Kestabilan Lereng ....................................................................
90
4.9.Penetuan Bidang Gelincir ………………………………………...........
94
4.10.
Penetuan Kondisi Geohidrologi ………………………………........
96
4.11.
Struktur Geologi ………………………………………………........
97
4.12.
Geometri lereng .................................................................................
97
4.13.
Mencegah Runtuhnya Sebuah Lereng ...............................................
101
4.14.
Pengenalan Gejala Gerakan Tanah……………………………….....
105
4.15.
Analisis Karakteristik Medan ............................................................
111
BAB. V . KONSTRUKSI BANGUNAN TEKNIK …………………..........
120
5.1. Tanah ......................................................................................................
120
5.2. Batuan .....................................................................................................
120
5.3. Pembebanan Terhadap Bawah Tanah ………………………….............
121
5.4. Pondasi …………………………………………………………............
124
BAB VI. BENDUNGAN DAN GROUTING ...............................................
131
6.1. Bendungan ……………………………………………………..............
131
5
5.2 Grouting …………………………………………………………...........
133
BAB. VII. MATERIAL GEOLOGI …………………………………
138
7.1. Material Tanah ……………………………………………………
138
7.2. Material Batu ……………………………………………………
139
7.3. Peledakan (Balsting) …………………………………………….
145
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................
151
6
BAB I PENDAHULUAN
Geologi adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang masa sekarang atau masa lampau dari bentuk-bentuk morfologi, struktur bumi, lingkungan dan kehidupan fosil yang terdapat pada batuan. Bidang utama yang dipelajari adalah semua jenis batuan, tanah dan air dalam tanah/batuan yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Studi bidang geologi ini juga bermanfaat untuk pencarian bahan-bahan tambang minyak dan gas, endapan mineral maupun dapat sebagai konsultan bidang geologi teknik. Ahli geologi dapat mengungkapkan fenomena alam tentang bencana gempa bumi dan tsunami, gunung meletus, banjir, gerakan tanah dll. Geologi sebagai ilmu pengetahuan bumi, karena yang dipelajari segala sesuatu yang berkenaan dengan gejala-gejala yang ada di bumi baik asal, proses hasil. Geologi didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang bumi baik mengenahi susunannya, komposisi, sejarah, proses terjadinya maupun bentuknya. Cabang –cabang ilmu geologi antara lain: Mineralogi adalah ilmu yang mempelajari tentang kristal mineral batuan Petrologi adalah ilmu yang mempelajari tentang batuan Paleontologi adalah ilmu yang mempelajari tentang fosil Hidrologi adalah ilmu yang mempelajari tentang air tanah Geomorfologi adalah ilmu yang mempelajari tentang bentang alam Volkanologi adalah ilmu yang mempelajari tentang gunung api Geologi Teknik adalah ilmu yang mempelajari tentang penggunaan geologi dalam lapangan Teknik Sipil dan sebagainya Geologi teknik adalah salah satu cabang ilmu geologi yang mempelajari tentang batuan yang berhubungan dengan bangunan /rekayasa bidang teknik sipil dan di definisikan sebagai berikut : 1. Geologi teknik adalah suatu cabang geologi sebagai ilmu terapan dalam teknik sipil yang mempergunakan data-data geologi untuk memecahkan persoalan yang berhubungan dengan konstruksi teknik.
7
2. Geologi Teknik adalah penerapan ilmu geologi pada praktek rekayasa dengan tujuan agar faktor-faktor geologis yang mempengaruhi lokasi, desain, konstruksi, pengoperasian dan pemeliharaan pekerjaan-pekerjaan rekayasa telah benar-benar dikenali dan disediakan dengan cukup.(The American Geological Institute). Sebenarnya pengetahuan ini sudah dimengerti dan dipergunakan beberapa abad yang lalu baik di Indonesia maupun di negeri-negeri lain. Di Indonesia misalnya pada pembuatan candi-candi pada waktu itu sudah dapat memilih batubatu yang berkualitas baik demikian pula di negeri ina, Eropa dan sebagainya. Pemakaian ilmu geologi untuk bidan Teknik Sipil dilakukan oleh Ahli Teknik sipil Ingris yang bernama William Smith (1839) yang juga dikenal sebagai Bapak Geologi Inggris. Dengan pembuatan terowongan Kereta Api di Swiss, Bendungan di California (1928). Di Indonesia kira-kira 50 tahun yang lalu baru mulai ada kesadaran pentingnya geologi dalam pekerjaan-pekerjaan Sipil.
1.1. Maksud dan Tujuan Memberikan gambaran keadaan geologi di daerah rencana suatu konstruksi yang akan dibangun, termasuk didalamnya bahaya-bahaya yang akan timbul dalam pembangunannya, dengan tujuan memberi informasi tingkat keamanan hasil suatu konstruksi pembangunan serta efisien biaya rencana pembangunan.
1.2. Ahli Geologi Teknik Ahli Geologi teknik menangani masalah yang bersifat teknik sipil dengan dilatarbelakangi dengan ilmu geologi. Ahli Geoteknik lebih condong pada segi rekayasa tentang material yang digunakan. Sebutan Ahli geologi teknik diperuntukkan bagi mereka yang bekerja dalam bidang yang berada diantara geologi dan teknik sipil, dalam hal pekerjaan meliputi pendirian bangunan sipil dan pemeliharaan material konstruksi yang tepat. Semua bangunan sipil didirikan sebagian besar di atas tanah dan sering kali dibangun dengan material–material yang diambil dari dalam tanah. Seorang ahli geologi teknik harus dapat menentukan reaksi dari bawah tanah dan
memahami
perilaku
sebuah
8
bangunan ( gedung, bendungan, terowongan, jalan dsb.) serta harus mampu mengantisipasi faktor-faktor geologis yang dapat mempengaruhi letak rencana konstruksi, penggunaan maupun pemeliharaan bangunan-bangunan tersebut. Menurut LEGGET (1939), Tugas Ahli Geologi adalah melihat apa adanya dengan menarik kebelakang , tahu asal dan proses terjadinya sehingga dapat menduga apa yang akan terjadi dimasa mendatang atau menduga kesulitan yang akan dihadapi kelak. Ahli Teknik Sipil menggunakan untuk apa dan mengusahakan untuk mengatasi kesulitan yang timbul pada waktu ini dan masa mendatang. Menurut KEY (1954), Ahli Geologi menyelidiki keadaan sesungguhnya dan menguraikan hasilnya dengan jelas secara teknis sehingga bisa dipergunakan dengan sewajarnya oleh ahli Teknik Sipil. Di sini dituntut adanya komunikasi antar kedua disiplin ilmu tersebut, supaya kerjasama itu dapat berjalan sebagaimana mestinya.
1.3. Ruang Lingkup Pekerjaan seorang Ahli geologi adalah pada konsultan, kontraktor bidang teknik sipil, perusahaan pertambangan dan Instansi pemerintah. Seorang ahli geologi berperan penting dalam perencanaan awal dibidang penelitian lapangan dan sebagian besar masalah-masalah pada bangungan sipil adalah berkaitan dengan geologi atau material geologi. Untuk serasi dalam komunikasi antara Ahli geologi dengan Ahli teknik sipil, seorang ahli geologi teknik harus mempunyai pengertian tentang teknik sipil dan mampu memberikan keterangan-keterangan geologis yang dapat diterima oleh teknik sipil (dalam angka-angka). Ahli geologi dapat dibedakan menjadi 2 ahli yaitu Ahli geologi teknik yang menangani masalah-masalah yang bersifat teknik sipil
dengan di latarbelakangi ilmu geologi, dan ahli geoteknik yang lebih
condong pada segi rekayasa tentang material yang digunakan. Untuk menjadi ahli geologi harus paham tentang pengetahuan dasar (Teknik sipil umum, Teknik pondasi, Teknologi pertambangan, Mekanika tanah & batuan, Teknologi beton jalan raya, Proses geoteknik, seismologi, hidrogeologi) dan pengetahuan khusus (Teknik penelitian lapangan dan geologi) Gambar 1-1.
9
Gambar 1 – 1. Ruang lingkup geologi teknik
1.4. Penelitian Lapangan Dalam penelitian lapangan biasanya digunakan berbagai teknik dan cara seperti : Pemetaan geologi dan geologi teknik, pengunkapan batuan, pemboran inti & pengunkapan inti pemboran, pengukuran geofisis, pengambilan contoh untuk penelitian di laboratorium, percobaan di lapangan, galian-galian percobaan.
10
Data yang dikumpulkan dalam batuan antara lain berat jenis, porositas, permeabilitas, elastisitas, gaya tekan dan lain-lain. Peristilahan material bangunan sering terjadi masalah, oleh karena itu sebagai konsultan bidang geologi teknik harus memahami istilah-istilah atau batasanbatasan yang benar menurut bidang teknik sipil. Adapun perbedaan pengertian dalam bidang geologi dan teknik sipil antara lain tentang tanah dan batuan.(Tabel. 1-1 dan Gambar 1-2). Fondasi
OBYEK mekanika tanah
mekanika batuan Gambar 1 – 2 : Obyek pembagian pekerjaan dan pondasi Tabel 1 – 1 : Istilah geologi teknik dan teknik sipil ISTILAH
TEKNIK SIPIL
TEKNIK GEOLOGI
TANAH
Semua bagian dari bumi
Hasil pelapukan batuan yang
(SOIL)
yang dapat digali tanpa
menghasilkan material dengan sifat
alat peledak
sesuai dengan batuan induknya
Bagian dari kulit bumi
Susunan kulit bumi yang terdiri
yang hanya diambil
dari satu atau beberapa jenis
dengan bahan peledak
mineral
BATUAN (ROCK)
BATU (STONE)
Masa fragmen yang lepas Merupakan bagian dari batu dari batuan aslinya untuk kontruksi Tanah yang terisi oleh
PADAS
emen sehingga menjadi atu keatuan
Sama dengan batu
11
Dalam Keteknikan Tanah : Kumpulan alamiah butiran mineral yang dapat dipisahkan dengan mekanika dengan mudah, misal: agitasi air Batuan : Kumpulan alamiah butiran mineral yang dihubungkan dengan tenaga kohesif kuat dan tetap
Peran ahli geologi dan teknik sipil dapat digambarkan sbb:
GEOLOGI : Pengunkapan jenis-jenis batuan, sifat mekanik & perkiraan pada struktur bawah tanah, bentuk lapangan dan hidrologi juga proses endogen, eksogen yang dapat berpengaruh terhadap bangunan.
GEOLOGI TEKNIK : interpretasi
TEKNIK SIPIL : penyusunan konsep, perencanaan & konstruksi
1.5. Tahapan Penelitian Tujuan penelitian adalah untuk menentukan seekonomis mungkin dari sebuah proyek , sehingga dapat meramalkan kondisi geologi bawah permukaan, berdasarkan data -data geologi permukaan dan disertai laporan secara umum dan lengkap, luas perihal percobaan di lapangan. Tahapan penelitian bidang pekerjaan geologi teknik yang umum adalah sebagai berikut: I. Studi awal/pendahuluan - Interpretasi peta topografi - Interpretai peta geologi regional - Interpretasi foto udara
II. Pengumpulan data lapangan: - Pemetaan skala kecil (1 : 2.000); 1 : 10.000) atau disesuaikan dengan luas rencana bangunan konstruksi - Peta geologi teknik (mencakup pula kondisi air tanah).
12
III. Penyelidikan detil: - penyelidikan geofisika
membantu penentuan sifat2 fissik batuan / tanah
- pendugaan lapisan bawah permukaan
penyebaran
- pemboran dan pengambilan contoh batuan/tanah - Analisis laboratorium, perhitungan, sintesa - Kompilasi dengan rencana pembangunan konstruksi, laporan.
Atau dengan urutan sebagai berikut : I . Studi Kelayakan - Konsepsi proyek : studi literatur (topografi, geologis & geoteknis) untuk menentukan kemungkinan timbulnya berbagai masalah yang mungkin terjadi akibat keadaan geologi. - Penelitian pendahuluan : peta geologis, teknik geofisis, penelitian lapangan dengan pemboran, tespit (untuk mendapatkan banyak data untuk mengetahui masalah-masalah terpenting di tempat pembangunan). II. Perencanaan - Penelitian utama : laporan lengkap perihal keadaan lapangan (berbagai parameter yang dijadikan dasar bagi perencanaan). III. Pembangunan - Penelitian konstruksi : penentuan apakah semua ini memenuhi persyaratan yang dijadikan dassar bagi rencana - Penelitian pasca konstruksi : pengontrolan atas berbagai struktur dan fondasi yang telah dibuat, untuk menentukan apakah rencana tersebut berperilaku sebagai mana yang telah diramalkan.
1.6. Roman Muka Bumi Roman muka bumi ini tidak rata disebabkan oleh adanya energi matahari (eksogen)yang merubah permukaan menjadi dataran tinggi, dataran rendah, lembah, bukit gunung atau pegunungan, sedangkan energi dari dalam bumi(endogen) adalah muka bumi kita menjadi munculnya gunungapi, orogenesa, epirogenesa dan gempa.
13
A. Tenaga endogen Tenaga endogen ini sifatnya membentuk roman muka bumi menjadi tidak rata, pembentukan gunung, bukit atau pegunungan. Pada bagian lain permukaan bumi turun menjadikan adanya lembah. Secara umum tenaga endogen dibagi dalam tiga jenis yaitu tektonisme, vulkanisme dan seisme atau gempa. a. Tektonisme Tektonisme adalah tenaga yang berasal dari dalam bumi yang menyebabkan perubahan pada kulit bumi menjadi perubahan tempat, terlipat, tersesarkan dan retakan pada kulit bmi dan batuan. Berdasarkan gerakannya dan luas wilayah yang mempengaruhinya tenaga tektonik dapat dibedakan atas gerak orogenesa dan epirogenesa. Gerak orogenesa adalah gerakan tenaga endogen yang relative cepat dan meliputi daerah yang relative sempit. Gerakan ini menyebabkan terbentuknya pegunungan. Contohnya terbentuknya pegunungan sirkum pasifik. Sedangkan gerak epirogenesa adalah kebalikan dari gerak orogenesa, yaitu gerakannya sangat lambat dan meliputi areal yang sangat luas. Gerak epirogenesa ini dapat disebut gerak epirogenesa positif apabila daratan turun sehingga muka air laut seolah-olah naik contohnya di pantai timor, sebaliknya gerak epirogenesa negatif adalah apabila permukaan bumi naik, sehingga seolah-olah permukaan air laut turun. Contohnya terjadi di teluk Hudson. b. Vulkanisme Vulkanisme adalah semua gejala alam yang terjadi dari adanya aktifitas magma. Aktivitas magma ini muncul karena adanya retakan-retakan batuan akibat tektonisme, sebagai jalan keluarnya magma dari bagian dalam litosfir ke lapisan diatasnya bahkan ke permukaan bumi yang disebut lava dan tempat keluarnya lava tersebut adalah dapat disebut lubang kepundan gunungapi. c. Seisme (gempa). Gempa adalah suatu pelepasan energi secara tiba-tiba.
B. Tenaga Eksogen Tenaga eksogen adalah tenaga yang berasal dari luar bumi yang mempunyai sifat umum merombak bentuk muka bumi
14
C. Kristal Mineral Kristal : adalah suatu bangun bidang banyak yang teratur dan dibatasi oleh bidang-bidang datar yang tertenttu jumlahnya. Bentuk kristal ini dianggap sebagai akibat senyawa –senyawa chemis, yang karena daya tarik menarik antara atom yang satu dengan lain, bila pada keadaan yang baik mengalami perubahan dari bentuk cair atau gas ke bentuk padat. Mineral yang mengkristal dibatasi oleh bidang-bidang yang secara bersama-sama membentuk bidang banyak yang khas untuk sesuatu jenis mineral. Dalam kristalografi kita kenal 7 macam susunan sumbu , yaitu a Sistem Regular/Isometrik : Sumbu a,b dan c saling tegak lurus, satuan panjang a=b=c, bersifat optis isotrop ada satu indeks bias. b. Sistem Tetragonal, Sumbu a,b dan c saling tegak lurus, satuan panjang a=b=c, bersifat optis isotrop ada dua indeks bias. c. Sistem Hexagonal dan Trigonal: Sumbu a, b, d terdapat dalam satu bidang datar dan saling menyudut 120°, sedang sumbu c tegak lurus pada sumbu a, b dan d; satuan pada a=b=c=d ; bersifat optis anisotrop a=b=d≠c,; dua indek bias. d. Sistem Rhombis: Sumbu a,b dan c saling tegak lurus, satuan panjang a≠b≠c bersifat optis isotrop ada tiga indeks bias. e. Sistem Monoklin; sumbu b tegaklurus pada sumbu a dan c yang terdapat dalam satu bidang . satuan panjang pada a≠b≠c ; bersifat optis isotrop ada tiga indeks bias. f, Sistem Triklin;Sumbu-sumbu a, b dan c saling menyudut tumpul sudut-sudut yang mengarah ke muka dibuat lebih besar dari 90° , satuan panjang pada a≠b≠c ; bersifat optis anisotrop tiga indek bias.
Contoh mineral pada masing-masing sistem kristal: (1). Sistem Regular/Isometrik ; Galenit(Pbs); Magnetit ( Fe3 O4); Leusit (K Al Si2 O5) (2). Sistem Hexagonal .: Kalsit(Ca CO3); Magnesit(Mg CO4);. (3). Sistem Tetragonal ; Rutil (Ti O2); Chalcopyrit (Cu Fe S2) (4), Sistem Trigonal ; Turmalin (SiO4)3 Rg (B2O5) Al4; Benitoit Ba Ti (Si3 O9)
15
(5). Sistem Rhombis : Antimonit (Sb2 S3) , Barit (Ba SO4) (6). Sistem Monoklin; Belerang (S), Realgar (As S) (7), Sistem Triklin; Albit (Na Al Si3 O8); Anortit (Ca Al2 Si2 O8)
1.7. Mineral Mineral ialah semua bahan alam yang mempunyai susunan kimiawi tertentu, umumnya bersifat homogen, anisotrop dan dapat berupa bahan2 padat atau cair. Umumnya terbentuk secara anorganis dan dalam keadaan baik akan memberikan susunan atom yang khas baginya yang ditunjukkan oleh bentuk kristal dan sifat2 fisisnya yang lain Berdasarkan gaya kohesi a. Belahan: ialah kecenderungan suatu kristal yang karena pemukulan akan pecah ke suatu arah tertentu , sehingga akan didapatkan bidang yang rata dan licin. b. Pecahan: umumnya dijumpai pada mineral2 yang amorf. Macam pecahannya seperti pecahan botol, rumah siput dll c. Keras: ialah daya tahan mineral terhadap penggoresan. Penentuan keras mineral secara nisbi ialah dengan menggunakan skala Mohs. Skala mohs: 1. TALC (Mg3Si4O10(OH)2) 2. GYPSUM (CaSO4* 2H2O) 3. CALSITE (Ca CO3) 4. FLUORITE (CaF2) 5. APATITE (Ca5 (AsO4)3(F,Cl,OH) 6. ORTHOCLASE (KAlSi3O8) 7. QUARTZ (Si O2) 8. TOPAZ (Al2SiO4(F,OH)2 9. CORUNDUM(Al2O3) 10. DIAMOND(C) d. Sifat dalam : misalnya , elastis, fleksibel(mudah dibelokan), dapat dipilin (emas), rapuh (mudah dibubuk, mudah ditempa)
16
1.8. Mineral Pembentuk Batuan Berdasarkan analisa kimia oleh Washington dkk, bahwa penyusun kerak bumi hanya terdiri dari 8 unsur pokok . unsure-unsur tersebut bersenyawa membentuk mineral-mineral utama , mineral tambahan dan mineral penyerta. Mineral utama dalam kerak bumi adalah antara lain: Kwarsa, Felspar( ortholas dan Plagioklas), Mika, Amfibol, Piroksen, Olivin; Mineral tambahan : klorit, mineral lempung; sedangkan mineral penyerta adalah magnetis, hematite, limonit dll.
1.9. Prinsip Dasar Geologi Teknik Aspek terpenting dalam pekerjaan adalah seorang ahli geologi harus dapat mengevaluasi berbagai aspek geologis dari sebuah proyek dan harus memberikan keterangan – keterangan yang tepat untuk sebuah bangunan yang akan didirikan. Hubungan antara banguan teknik sipil
dan lingkungan geologis dapat
dikemukakan dalam beberapa perbandingan sederhana, yang disebut prinsipprinsip dasar geologi teknik: 1. Sifat2 material + struktur nassa tanah = Sifat2 massa tanah 2. Sifat2 massa tanah + Lingkungan sekitar = Situasi teknik geologis 3.
Situasiteknik geologis
P erilaku oleh massa tanah
P erubahanakibat tindakan geologis
Keterangan : -
Material adalah batuan, tanah, zat cair, sedangkan sifat2 material umumnya ditentukan dari laboratorium.
-
Struktur massa tanah adalah kondisi geologis (struktur geologi, stratigrafi) yang berada pada daerah pembangunan .
-
Massa tanah adalah volume tanah yang dipengaruhi oleh bangunan.
-
Sifat2 massa tanah adalah sifat2 geoteknis (kekuatan, permeabilitas) yang dimiliki oleh tanah.
17
SOAL-SOAL 1. Apa yang saudara ketahui tentang geologi dan bagaimana hubungannya dengan geologi teknik. 2.
Apa yang perlu di ketahui tentang teknik sipil untuk sebagai ahli geologi teknik
3.
Apa bedanya tanah dan batuan menurut ahli teknik sipil dan bagaimana menurut geologi.
4.
Apa perlunya suatu perencanaan pembangunan di awali dengan studi kelayakan
5.
Apa manfaat penelitian dengan metode geofisis
Daftar pustaka Verhoef, P.N.W., 1989, Geologi untuk Teknik Sipil, Penerbit Erlangga, Jakarta. Bowles, 1991,Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis Tanah , Erlangga Jakarta
18
BAB II GEOLOGI
Geologi adalah ilmu yang mempalajari tentang bumi, di dalamnya termasuk penyelidikan tentang pembentukan batuan dan bagaimana keberadaannya dalam bumi. Menurut PLATO (ahli filsafat) : bumi terdiri dari masa cair pijar yang dikelilingi oleh lapisan batuan atau kerak bumi(kulit bumi). Teori KANT-LA PLACE, bumi selama bermilyar tahun dilepaskan dari matahari dalam bentuk bola gas yang pijar, yang lambat laun mendingin dan membentuk kerak batuan (kerak bumi). Menurut penyelidikan Seismologi dijumpai lapisan yang diskontinyuitas (tidak bersambung) pada kedalaman ± 60 km(bidang mohorovicic) ±1200 km, ± 2900 km dan inti bumi mempunyai jarijari 3500 km. Pembagian bagian bumi menurut SUESS & WIECHERT, dari luar – paling dalam : - Kerak Bumi: ketebalan 30 – 70 km, sifat batuan asam dan basa, Bj ± 2,7 - Selubung bumi : ketebalan ±1200 km Bj ± 3,4 – 4 - Lapisan Antara (Chalcosfer) : Sisik oksida & sulfida; tebal 1700, Bj 6,4 - Inti besi Nikel (Barisfer), jari2 3500 km, Bj 9,6 Menurut Kuhn & Rittman : Bumi berasal dari matahari, inti bumi seperti yang terdapat pada matahari. Zat-zatnya adalah zat H yang berupa gas dan tekanan yang besar sehingga atom-atom H bersifat benda padat. Menurut HOLMES, bumi terdiri dari: - Sial : bagian atas tebal ± 15 km, Bj. 2,7 tipe magma granitis; bagian tengah : tebal ± 25 km, Bj. 3,5, tipe magma basaltis - Sima: bagian bawah tebal ± 20 km, Bj. 3,5. tipe magma peridotit dan eklogit. Seolah-olah Sial(Bj. 2,7) seperti benda yang mengapung-ngapung pada (Sima Bj. 3,5) zat cair. Sehingga lapisan SIAL dapat bergerak-gerak.
19
Bumi terbentuk dari salah satu teori yang telah diterima secara umum, adalah terbentuk sekitar 4,5 milyar tahun yang lalu dari suatu bola api berpijar yang terdiri dari gas kosmis dan debu angkasa luar. Dalam proses pendinginan massa ini membentuk atmosfir, hidrosfir dan litosfer. Atmosfer adalah selubung gas yang mengelilingi hidrosfir atau zona air (samudra, danau) dan kerak bumi dan massa bagian dalam. Struktur dalaman bumi (Gambar 2-1) terdiri dari: 1. Kulit
bumi (litosfir) dengan ketebalan sekitar 60 km, bersifat kaku tegar dan
terletak pada bagian atas mantel, terpecah-pecah menjadi pelat-pelat atau lempeng. 2.
Selubung bumi ( mantel) sampai kedalaman 2900 km,
3.
Inti bumi(Core) sekitar 3475 km dengan kondisi bagian luar bersifat cair dan bagian dalam padat.
Gambar 2 – 1. Struktur dalaman bumi
20
Bumi yang dinamis dipengaruhi oleh 2 energi yaitu energi dari matahari yang merubah wajah permukaan bumi melalui proses-proses pelapukan, pengikisan, pengangkutan dan pengendapan (Gambar 2-2) sedangkan energi dari dalam bumi akan merubah struktur dalam bumi melalui proses-proses berupa pembentukan pegunungan, gunungapi dan gempa bumi. Kulit bumi pecah-pecah menjadi 11 bongkah besar disebut lempeng ( plate ) bersifat tegar yang selalu bergeser bergerak bebas diatas astenosfir, saling bersentuhan\bertumbukan (konvergen) atau memisah-diri (divergen) (Gambar 2-3). Akibat dari lempeng yang saling bertumbukan (Gambar 2-4) akan terjadi deretan gunungapi sejajar tumbukan lempeng dan pada jalur tumbukan tersebut merupakan pusat-pusat gempa tektonik.
Gambar 2-2. Pengikisan pangangkutan dan pengendapan
Lempeng bumi dibagi dua jenis lempeng benua dan lempeng samudra. Lempeng benua merupakan pembentuk benua sedangkan lempeng samudra adalah pembentuk dasar samudra.
21
Gambar 2-3, Lempeng-lempeng tektonik dunia
Gambar 2-4. Tumbukan Lempeng Samudra menyusup dibawah Lempeng Benua Batuan kulit bumi ini dapat dikelompokkan manjadi 3 (tiga) yaitu batuan beku, batuan sedimen dan batuan metamorf secara terbentuknya diawali dengan pembekuan magma akan terbentuk jenis batuan beku, karena muncul dipermukaan akan terjadi proses pelapukan, erosi, transportasi, pengendapan maka setelah terjadi proses pembatuan akan terbentuk batuan sedimen, batuan beku maupun batuan sedimen apabila terkena temperatur dan tekanan akan
22
terjadi proses ubahan maka akan terjadi batuan malihan/metamorf apabila batuan ini nyusup kedalam bumi akan terjadi peleburan kembali menjadi magma Cara.terbentuknya batuan ini disebut daur/siklus batuan(Gambar 2-5)
DAUR (SIKLUS) BATUAN PROSES PENDINGINAN
PROSES PELAPUKAN\ PENGANGKUTAN DAN PENGENDAPAN
PROSES PELEBURAN
MAGMA
BATUAN BEKU
BATUAN MALIHAN
PENINGKATAN
P dan T PROSES UBAHAN
ENDAPAN SEDIMEN
BATUAN SEDIMEN
PROSES PEMBATUAN
Gambar 2-5 Siklus Batuan
Batuan ini hampir seluruhnya bagian dari kulit bumi kecuali lapisan tipis diatasnya yang disebut soil atau tanah. Sebaran atau luas batuan di muka bumi (Gambar 2-6) adalah 75 % dari batuan sedimen dan 25 % dari batuan beku, sedangkan volume batuan beku adalah 95 % dan hanya 5 % adalah batuan sedimen dan lainnya. WASHINGTON, NIGGLI, CLARKE, DALLY, melakukan analisa kimia Batuan dari kerak bumi dan batuan beku ternyata mempunyai prosentasi unsur yang relatif sama, sehingga dapat disimpulkan bahwa pada waktu kerak bumi terbentuk untuk pertama kalinya seluruhnya batuan beku, baru kemudian terbentuk batuan –batuan endapan (sedimen).
23
Batuan adalah merupakan kumpulan dari satu atau lebih mineral, bisa sejenis atau bermacam-macam mineral. Batuan tersebut kalau lapuk akan menjadi tanah. Mineral adalah benda alam yang homogen dan mempunyai sifat fisik maupun kimia tertentu. Pada umumnya mineral bersifat padat akan tetapi dapat juga dalam keadaan cair atau gas. Nama mineral didasarkan sifat fisik, kimia tertentu. Sifat fisik tersebut misalnya warna, cerat, kilat, kekerasan, belahan, pecahan, berat jenis, struktur dan sifatsifat optik, sedangkan sifat kimia misalnya unsur-unsur kimia atau senyawa kimia yang dikandung.
95
75
5
B.SED. 25
VOLUM.%
B.BEKU
LUAS %
Gambar 2-6 Diagram volume dan luas batuan di muka bumi
Mineral pembentuk batuan Dari analisa yang telah dilakukan ternyata hannya ada 8 unsur pokok sebagai penyusun kerak bumi. Unsur-unsur tersebut bersenyawa membentuk mineral-mineral utama yang terdapat di bumi. Berdasarkan peranannya dalam batuan mineral dapat dikelompokkan menjadi : mineral utama, tambahan dan penyerta.
24
1. Mineral utama antara lain : a. Kwarsa dengan komposisi kimia Si O2. Warna asli tidak berwarna – putih tetapi kadang-kadang ada pengotoran sehingga berwarna lain. Bentuk kristal prismatik hexagonal, tidak punya belahan, pecahannya concoidal, kekerasan 7(skala Mohs), banyak variasinya misalnya amethyst berwarna ungu. b. Felspar : terdiri dari orthoklas (K AL SiO2) sebagai sumber utama unsur K (Kalium) dalam tanah. Umumnya berwarna abu-abu, kemerahan, prismatik, belahan 2 arah , kekerasan 6 bersifat asam. Plagioklas (Na, Ca) Al Si3 O8 kenampakannya menyerupai orto klas hanya warna biasanya putih abu-abu dan secara optik plagioklas mempunyai kembaran. Plagioklas terdiri dari mineral-mineral albit, oligoklas, andesin, labradorit, bitonit, dan anortit. Mineral pengganti felspar disebut feldspatoid, terjadi karena dalam pembentukannya kekurangan Si O2. Mineralnya antara lain nefelin, leusit, dapat dibedakan dengan felspar secara optik. c. Mika : mineral ini bentuknya pipih atau berlembar terdiri dari mineral muskovit apabila berwarna putih dengan susunan kimianya K Al2(OH)2 (Al Si3 )10). Mineral biotit apabila berwarna hitam dengan susunan kimianya K2 (Mg Fe)2 (OH)2 (Al Si3 O10)
d.Amfibol : terdiri dari mineral Horblende susunan kimianya Ca2 (Mg Fe Al)3 (OH)2
((Si Al)4 O11))2. berbentuk prismatik
biasanya berisi kelipatan 3, agak panjang dengan belahan 2 arah menyudut. e. Piroksen terdiri dari mineral Augit dengan susunan kimianya Ca (Mg Fe) (SiO3)2 {(Al Fe)2O3}. Berbentuk prismatik pendek , bersisi kelipatan 4. mempunyai belahan 2 arah saling menyudut. f. Olivin: Biasanya berwarna hijau terdiri dari dari (Fe Mg)2 SiO4 g. Kalsit berwarna putih sering ada pengotoran, mempunyai belahan 3 arah berbentuk romboeder. Susunan kimianya Ca CO3. h. Grafit, unsur C (karbon) berwarna hitam, lunak umumnya pada batuan ubahan.
25
2. Mineral Tambahan adalah mineral yang terbentuk karena adanya proses pelapukan , pelarutan dan lain-lain. Contohnya mineral klorit terbentuk dari mineral biotit, amfibol, piroksen. Mineral lempung berbutir halus merupakan hidrous aluminium silikat berasal dari berbagai mineral. Urut-urutan pembentuk mineral/batuan menurut BOWEN (Bowen reaction Series) adalah mineral yang bersifat basa akan terbentuk lebih dulu baru kemudian menengah dan terakhir bersifat asam (Gambar 2-7).
Olivin
Basa
Anortit
Piroksen
Bitonit
Horblende
Intermedit
Labradorit Andesin
Biotit
Oligoklas Asam Albit
Ortoklas Muskovit Kwarsa Gambar 2-7 Seri reaksi bowen
2.2. Batuan Beku Adalah batuan yang terjadi dari pembekuan magma. Magma adalah larutan silikat alam yang bersifat cair, panas dan pijar yang penuh dengan gas-gas
26
volatil (gas-gas yang sangat mudah menguap). Magma akan muncul kepermukaan melalui rekahan, zona lemah berupa pipa kepundan gunung api. Magma dalam perjalanan ke permukaan dapat membeku diberbagai tempat, sehingga berdasarkan tempat membekunya batuan beku dapat dibagi : a. Batuan beku dalam (Plutonik), yaitu mempunyai bentuk kristal besar2, secara perlahan – lahan berkristalisasi (Batolit dan lakolit), baru akan tersingkap setelah permukaan bumi terangkat dan tererosi. b.Batu beku gang, yaitu batuan beku yang membeku di dalam celah (gang) dalam perjalanannya menuju ke permukaan; terkadang ada kristal besar yang terangkut keatas masuk ke celah. Strukturnya porfir. c. Batuan beku lelehan (efusif, ekstrusif), cepat mendingin, kristalin yang sangat halus, ada kalanya bahkan berupa kaca (Obsidian). Contoh jenis batuan GRANIT : Batuan ini bersifat asam terbentuk di dalam bumi(Plutonik), sehingga bentuk kristanya besar-besar. Susunan mineralnya ialah kwarsa berwarna putih, ortoklas berwarna merah muda, abu-abu, biotit berwarna hitam pipih, hijau prismatik. Mneral penyertanya magnetit hitam berbentuk kubus, zirkon. Batuan yang membeku dekat permukaan dengan susunan mineral sama hanya berbeda ukuran butirnya dengan Granit adalah RIOLIT.
27
Gambar 2-8 Granit dan mineral utama
SYENIT : Tekturnya sama dengan granit demikian pula susunan mineralnya, tetapi berbeda tidak mengandung kwarsa, biasanya warnanya lebih tua dan jarang dijumpai. DIORIT : Batuan ini lebih banyak mengandung mineral yang mengandung fero magnesium: biotit, horblende dan piroksen. Tidak dijumpai ortoklas tetapi banyak mengandung plagioklas bersifat intermedit(andesin) dan tidak mengandung kwarsa, ukuran butirnya kasar. Kalau mengandung kwarsa disebut diorit kwarsa, dan kalau ukuran butirnya halus dan bersifat menengah disebut Andesit. GABRO : Batuan ini berwarna hitam mengandung mineral piroksen, olivin, horblende sedangkan plagioklasnya bersifat basa: labradorit, bitonit dan berbutir kasar. Kalau butirannya halus disebut BASALT
28
Gambar 2- 9 Gabro
PERIDOTIT : Batuannya sangat kasar terdiri dari mineral piroksen dan olivin bersifat ultra basa PIROKSENIT :Sama dengan Peridotit hanya mineralnya terdiri dari piroksen saja, berwarna hitam. AMFIBOLIT : Sama dengan diatas hanya mineralnya terdiri dari amfibol saja, berwarna hitam DUNIT : Batuan ini hanya mengandung minerap olivin saja, berwarna hijau tua.
Batuan adalah kumpulan dari satu atau lebih dari mineral. Klasifikasi penamaan batuan beku berdasarkan : kandungan kwarsa, ortoklas/plagioklas, prosentasi warna mineral gelap dan terang dan sedikit atau tanpa felspar dll.maka batuan tersebut dapat diketahui nama batuan(Tabel 2.1). .
29
Gambar 2 – 10. Terbentuknya batuan beku
30
Tabel 2-1. Klasifikasi batuan
2.2. Batuan Sedimen Adalah batuan yang terbentuk karena proses pengendapan , proses kimia dan proses biologis. Salah satu sifatnya yang khas adalah adanya perlapisan. Batuan ini dapat berasal dari batuan beku, yang mengalami proses pelapukan , sehingga batuan beku tersebut menjadi lunak, hancur lalu tertransport oleh media air, angin atau es, ketempat yang lebih rendah dan di endapkan. Proses selanjutnya adalah proses pembatuan / kompaksi dengan prose mekanis ataupun secara kimiawi. Endapan yang telah mengalami transportasi proses ini disebut endapan klastis atau
31
biologis, sedangkan endapan yang terdiri dari binatang-binatang/tumbuhtumbuhan (tidak tertransport) disebut endapan proses non klastis. Berdasarkan susunan dan cara pembentukannya batuan sedimen dibagi menjadi: a. Sedimen silika klastik, misalnya: batupasir, lempung, b.Batuan karbonat, misalnya: batukapur, napal dsb c. Evaporit, yaitu misalnya: anhidrit, gips, dsb d.Sedimen Organik, misalnya: gambut, batubara, minyak bumi. e. Sedimen piroklastik/Volkanik: misalnya: tuf, abu volkanik, breksi dsb f. Sedimen lainnya, misalnya fosforit, trumbu karang dsb.
1. Diagenesis Dengan terus berlakunya waktu akan terjadi perekatan antar butir dan hasil akhirnya menjadi batuan keras, biasanya disebabkan: a. Kompaksi, yaitu pemadatan oleh tekanan yang meningkat , di mana air akan terdesak keluar, b.Sementasi(perekatan), material baru akan mengendap diantara butir sebagai matriks silika, karbonat dsb. c. Pengkristalan kembali, dimana butiran tumbuh jadi satu sebagai akibat pelarutan dan pengkristalan pada titik-titik lain, misalnya pada batugamping atau batupasir kuarsitik. d.Pembentukan kongresi, yaitu pemindahan zat dan pemisahan di tempat lain. Misalnya kongresi batulempung dalam lapisan batupasir , napal.
2. Perlapisan Pada umumnya batu sedimen membentuk perlapisan. Hal ini dapat terlihat dari adanya perbedaan besar butir secara berangsur, perbedaan warna mineral. Perubahan ini mungkin karena proses pengendapan dalam cekungan terdiri dari endapan darat (sungai, gurun, lagun/danau) berubah menjadi lingkungan laut atau sebaliknya. Lapisan yang paling bawah adalah paling tua, sedangkan yang lebih
32
muda terletak diatasnya. Sedimentasi akan berhenti jika permukaan air telah tercapai.
3. Diskordansi Permukaan tanah dapat tertutup kembali oleh endapan laut. Jadi sedimen2 yang lebih muda dapat mengendap di atas lapisan yang telah tererosi sebagian. Dengan demikian lapisan2 yang lebih muda ini akan diskordan di atas lapisan2 tua. Yang menjadi bidang pemisahnya adalah bidang diskordansi di atas muka laut akan bertransgresi kembali. Dengan demikian transgresi mengungkapkan adanya periode ketidakselarasan atau perlipatan dalam sejarah terjadinya bumi.
4. Klasifikasi batuan sedimen Berdasarkan ukuran besar butiran, lepas atau merekat dan susunan mineralnya (Tabel 2-2) maka kita dapat mengenal nama batuan: Tabel 2-2. Penamaan batuan NAMA BATUAN Lepas, tidak keras Puing (bersudut), kerikil, batu guling Pasir kuarsaan, pasir kapur Lanau (lumpur), lempung, lumpur kapur
Merekat, setelah diagenesis Breksi Konglomerat
Kelompok batuan
Batu pasir (silikarenit) Batu kapur (kalkarenit) Batu lanau, batu lempung, napal, batugamping
RUDIT
ARENIT
LUTIT
Besar butiran 2 mm
2 – 0.06 mm
0.06 mm
2.3. Batuan Metamorf Setelah mengalami diagenesis, batuan sedimen dan batuan beku akan berubah lebih lanjut di bawah pengeruh temperatur (T) dan tekanan (P) yang tinggi; seringkali kristalisasi kembali berlangsung melalui penambahan atau penghilangan zat. Berdasarkan cara pembentukannya:
33
a. Metamorfosis kontak, terjadi pada kontak sebuah intrusi magma, batuan yang berada di sampingnya terbakar oleh T tinggi, P rendah. b.Metamorfosis dinamo, terjadi pada deformasi lokal yang intensif, dimulai dengan breksi patahan, kemudian milonit oleh T rendah dan P rendah. c. Metamorfosis regional, terjadi pada daerah yang lebih luas dibanding tipe sebelumnya dan erat dengan pembentukan pegunungan dan deformasi T rendah hingga tinggi, p rendah hingga tinggi.
Tabel 2-3 , Asal batuan metamorf Endapan
Diagenesis
metamorfosis rendah
Ultra
menengah
tinggi
Metamorfosis
Skis mika
Gneis
Granit
Sabak, Lempung
Batulempung
Lumpur kapur
Batugamping
pasir
batupasir
pilit
Marmer kuarsit
Skis mika
gneis Granit
Batuan metamorf juga terdapat kekar/berlembar yang disebut foliasi
Gambar 2.11 Struktur foliasi pada sayatan tipis batuan Skis
34
2.4. Struktur Sedimen Struktur sedimen terbentuk bersamaan dengan terbentuknya batuan sedimen itu sendiri. Struktur ini banyak menunjukkan proses dan dalam kondisi sedimen tersebut terbentuk. Contoh struktur pada batuan sedimen : struktur perlapisan (Gambar 2-12), simpang siur, cross bedding, ripple mark, gelembur gelombang pada batuan beku dijumpai strutur trackitic, kekar berlembar, kekar tiang dll.
a
b Gamabr 2- 12. a Struktur gelembur gelombang; b. Struktur perlapisan batuan
2.5. Struktur Batuan Struktur batuan adalah struktur perubahan bentuk maupaun volume akibat adanya tektonik. Jenis struktur batuan tersebut adalah kekar, lipatan dan sesar.
2.5.1. Kekar (joint)
35
Struktur kekar adalah rekahan yang terbentuk akibat tektonik suatu tekanan pada batuan (Gambar 2-13), atau nontektonik pada batuan beku(Gambar 2-14; 215). Kekar adalah sangat penting dalam perencanaan banguan sipil.
36
Gambar 2-13. Kekar akibat lipatan dan sesar
Kekar nontektonik yaitu kekar akibat pembekuan magma, disebut kekar berlembar apabila bentuknya berlembar-lembar(Sheeting joint) (Gambar 2-14) sedangkan bentuknya berbentuk polygonal adalah kekar yang disebut kekar tiang (Colomnar joint)(Gambar 2-15)
Gambar 2-14. Kekar berlembar
Gambar 2-15. Kekar tiang
2.5.2. Lipatan (Fold)
37
Lipatan adalah bentuk lapisan batuan yang mengalami pembubungan ataupun bentuk cekungan. Jenis lipatan dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk dan kemiringan sumbu lipatan.
38
Gambar 2-16. Jenis-jenis lipatan
Gambar 2-17. Antiklin sinklin
2.5.3. Sesar (Fault) Sesar adalah suatu rekahan pada batuan yang telah mengalami pergeseran sehingga terjadi perpindahan antara bagian-bagian yang berhadapan dengan arah yang sejajar dengan bidang sesar. Berdasarkan tektonik lempeng, sesar terjadi karena adanya gejala pelenturan kerak bumi yang ditimbulkan sebagai akibat adanya pergeseran-pergeseran benua atau lempeng. Pergeseran sesar dengan ukuran panjang maupun kedalaman dapat berkisar dari beberapa cm sampai ratusan km, bahan yang hancur akibat pergeseran tersebut terdapat pada jalur sesar dapat berupa suatu bahan yang halus sampai breksi(breksi sesar) mempunyai ketebalan berkisar antara beberapa cm sampai ratusan meter.
39
Gambar 2-18 Sesar naik
Gambar 2-19. Sesar mendatar
Gambar 2-20 Intrusi dan sesar naik
40
Tabel 2-4 Simbol sesar dalam peta dan Tingkatannya
2. DIPERKIRAKAN
1. PASTI
3. DIDUGA
Normal slip
Sesar diduga
Normal
70 Normal 70 Reverse slip
Sesar naik
. . .
Reverse
Sesar (dr foto udara)
Sesar mendatar Strike slip
Kondisi Indonesia ber iklim Tropis, yang mengakibatkan proses pelapukan intensip sehingga data –data struktur sulit dikenali di lapangan. Tetapi dengan jejak yang ada dapat di interpretasikan.(Gambar 2-21)
Gambar 2-21 Beberapa data struktur yang telah tererosi
41
2.6. Ketidakselarasan (Unconformity) Ketidak selarasan adalah permukaan\bidang erosi yang telah terkubur. Tiga besar type ketidak selarasan diklasifikasikan berdasarkan karakteristik tubuh batuan dibawah dan diatas bidang erosi yang telah terkubur dan terjadi kekacauan waktu. (gap waktu): -
Disconformity : Perlapisan dibawah dan diatas bidang tidak selaras adalah paralel dan mempunyai strike dan dip sama.(Gambar 2.22)
-
Angular unconformity : Lapisan diatas dan dibawah tidak paralel dan mempunyai strikedan dip berbeda.(Gambar 3.23)
-
Nonconformity : Bidang erosi yang terkubur merupakan batuan kristalin (plutonic atau metamorphic).(Gambar 3.24)
Gambar 2-22. Disconformity
42
Gambar 2-23. Ungular unconformity
Gambar 2-24. Non conformity
2.7. Paleontologi Paleontologi adalah ilmu yang mempelajari jenis kehidupan masa lalu. Jenis kehidupan tersebut akan mati dan terkubur dalam endapan sedimen yang nantinya akan menjadi fosil. Fosil dari jenis tumbuh-tumbuhan atau binatang akan dipelajari spesifikasinya karena jenis fosil tertentu akan menunjukkan masa kehidupan tertentu pula. Fosil dalam batuan dikelompokkan menjadi dua yaitu fosil foram besar dan fosil foram kecil. Fosil foram besar dapat berupa cetakan maupun mengalami silifikasi sedangkan fosil foram kecil hanya dapat di klasifikasi dengan alat bantu mikroskup.
43
Berdasarkan fosil tersebut maka batuan yang mengandung fosil tersebut dapat diketahui umur batuannya sehingga dapat digunakan untuk menentukan urutan umur geologi (geology time). Tabel 2-5, Waktu geologi
2.8. Gempa Bumi Gempa bumi merupakan salah satu gejala alam yang bersifat sangat menghancurkan. banyak korban jiwa dan harta benda. Wilayah-wilayah yang terjadi bencana gempa bumi kelihatannya mengikuti jalur-jalur tertentu. Gempa bumi didefinisikan adalah suatu peristiwa terlepasan energi yang telah sejak lama dihimpun didalam batuan yang secara tiba-tiba energi yang terkumpul tersebut dilepaskan dengan bentuk melalui patahan dan gesrekan dan dirambatkan sebagai getaran-getaran dalam batuan . Energi yang kuat dilepaskan akan menyebar dari pusat gempa sebagai gelombang-gelombang seismic kesegala
44
arah dan makin jauh akan melemah. Meskipun energi yang dilepaskan tersebut cepat hilang dan melemah, tetapi getaran tersebut dapat direkam oleh alat pencatat yang disebut seismograf. Dalam teori tektonik lempeng bahwa litosfer yang bersifat padat dan kaku yang merupakan lapisan paling luar dari bumi terdiri dari lempengan-lempengan yang terpisah-pisah, yang mengapung diatas lapisan yang bersifat plastis yang disebut astenosfir. Sebagian besar gempa bumi terjadi
disebabkan adanya
gesrekan yang timbul pada batas lempeng litosfir yang terjadi pada patahanpatahan yang banyak terdapat dalam kerak bumi.
Gambar 2-25 Gempa tektonik
45
Gambar 2-26 Titik-titik pusat gempa tektonik Indonesia merupakan salah satu wilayah dimuka bumi yang mempunyai tingkat kegempaan yang tinggi. Hal ini disebabkan karena indonesia merupakan tempat berinteraksinya 3 lempeng , yaitu lempeng India Australia yang bergerak ke utara dengan kecepatan antara 6 – 8 cm/th, lempeng Eurasia di utara yang relatif stabil dan lempeng pasifik yang bergerak ke barat dengan kecepatan ratarata 10 cm/th. Pada daerah batas lempeng tersebut akan terjadi interaksi dengan penunjaman dari salah satu lempengnya dan disitulah tempat terkumpulnya sumber-sumber gempa yang dalam. Gempa bumi yang paling dahyat terjadi di sepanjang sesar-sesar besar yang bergeser secara mendatar, seperti disepanjang sesar semangko di Sumatra. Berdasarkan jenis dari sumber energi penyebab terjadinya gempa bumi dapat dibedakan : 1. Gempa tektonik 2. Gempa volkanik 3. Gempa sebagai akibat runtuhan/gerakan tanah dan amblesan
46
4. Gempa buatan (ledakan dinamit atau percobaan nuklir)
Gambar 2-27 Lempeng -lempeng kerak bumi
Pembagian gempa berdasarkan kedalaman pusat gempa adalah : 0 – 60 km 60 – 300 km > 300 km
Dangkal Cukup dalam Dalam
Intensitas sebuah gempa di dasarkan pada banyaknya kerusakan yang ditimbulkan sebuah gempa pada permukaan bumi. sebuah skala Mercalli yang didasarkan pada pengamatan obyektif atas beberapa gejala pada beberapa permukaan bumi ketika berlangsungnya sebuah gempa. Tugas seorang geologis adalah memperkirakan kemungkinan terjadinya gempa di sebuah tempat tertentu dan kemungkinan kekuatannya. Perkiraan tentang kapan dan besar maksimal gempa yang akan terjadi berdasarkan gempa yang pernah terjadi yang akan digunakan untuk perencanaan bangunan sipil tahan gempa. Untuk dapat memperkirakan Ahli gelogi menggunakan peta-peta resiko seismic dan teori tektonik lempeng. Bangunan tahan gempa diperlukan material ber kekuatan tinggi.
47
- Batuan yang masif dan kokoh memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi bila dibanding dengan batuan lembek. - Material tanah, pasir jenuh, lepas akan meleleh(liquefaction) jika berada pada sebuah lereng, atau akan memadat jika material tersebut berada pada sebuah kondisi tertutup. - Penurunan pasir atau lanau lepas yang jenuh sewaktu terjadinya pembebanan dinamis dapat menimbulkan banjir lumpur. Guncangan yang dikirim ke struktur bangunan tersebut tergantung dari sambungan antara struktur dan bumi, seandainya sambungan tidak kuat, karena gaya geser yang dimiliki rendah, maka struktur tersebut dapat terlepas dari pondasinya dan berpindah tempat di permukaan tanah, sedangkan pada bangunan itu sendiri hanya akan terjadi getaran yang sangat kecil. Bangunan yang masif dengan kelambanan yang sangat tinggi dan dengan struktur yang terikat erat pada bawah tanah akan dapat bertahan di tempatnya, sedangkan struktur - struktur yang ringan akan mengikuti gerakan gempa bumi.
48
BAB III PENYELIDIKAN GEOLOGI
Penyelidikan geologi teknik adalah untuk mengetahui kondisi geologi secara umum berdasarkan satuan tanah permukaan dan batuan. Penyusunan satuan tersebut dengan cara pengelompokan berdasarkan sifat-sifat fisik dan keteknikan yang hampir sama tentang jenis litologi, cara terjadinya, sifat fisik tanah secara umum, sehingga macam tanah dan batuan dapat dikelompokkan menjadi beberapa satuan tanah dan satuan batuan. Kualitas hasil penelitian lapangan ditentukan oleh penggunaan alat secara optimal berbagai teknik penelitian dalam lingkup anggaran biaya yang tersedia untuk kegiatan penelitian tersebut. Metode penelitian lapangan yang memberikan informasi data permukaan adalah berupa peta geologi, geomorfologi, foto udara dan informasi bawah permukaan dari interpretasi struktur geologi (dip batuan, posisi stratigrafi, umur dll), pengukuran geofisis maupun pemboran. 1. Peta Geologi, adalah sebuah gambaran dua demensi mengenahi sebuah daerah dan biasanya dibuat berdasarkan suatu tujuan. Peta geomorfologi dan foto udara dapat memberi informasi tentang selisih ketinggian, pola sungai, ciri-ciri topografi yang semuanya ini akan memberikan informasi perihal geologi bawah permukaan. Contoh suatu daerah sembulan batugamping (sayap antiklin yang terpotong) dikelilingi batuan yang lebih yang lunak akan nampak sebuah tebing yang curam dan landai yang berlawanan arah lereng. Sebuah alur erosi sepanjang arah patahan dan akan membentuk sebuah gawir patahan yang membentuk tangga. 2. Metode Geofisis, adalah perlu untuk mengontrol gambaran 3 demansi sebuah peta, yang diperoleh berdasarkan perbedaan sifat–sifat fissis dari berbagai macam batuan. Metoda seismik, didasarkan pada kecepatan rambat getaran suara yang tergantung dari kerapatan material dan massa; Metoda ketahanan elektrik adalah pengukuran terhadap hantaran elektrik terhadap berbagai macam batuan; Metode magnetik adalah berdasarkan pada sifat-sifat magnetis
49
pada batuan; Metode elektro magnetik, melakukan pengukuran terhadap hantaran sebuah medan elektro magnetik yang terinduksi; Metode georadar, melakukan pengukuran terhadap reflaksi gelombang radio yang terinduksi; Gravimeter, adalah melakukan pengukuran terhadap variasi dalam medan gaya berat. Beberapa metode geofisis di permukaan bumi, antara lain : a. Refraksi seismik Prinsip
: Variasi vertikal dan horizontal dalam bawah tanah dari rambatan gelombang kejut kita amati melalui perubahan dalam lama perjalanannya Struktur bawah tanah, kecepatan rambat gelombang seismik
Jenis petunjuk : untuk berbagai satuan dalam bawah tanah, permukaan airtanah dapat kita catat sebagai perbandingan kecepatan antara massa jenuh dan massa tidak jenuh. Penentuan struktur geologi, ketebalan lapisan penutup, Penggunaan
: penentuan sifa-sifat batuan dan lapisan penutup, mis: porositas, diskontinuitas, stastisitas, kadar zat cair. Pada prinsipnya semua jangkauan kedalaman adalah mungkin. Hasil yang dicapai lebih cermat namun tekniknya lebih mahal dibanding metode hambatan elektrik. Ada kalanya diperlukan bahan peledak untuk menghasilkan gelombang kejut.
b. Rrefleksi seismik Prinsip
: Gelombang sonik yang dihasilkan dekat permukaan air direfleksikan oleh dasar laut, dasar sungai, dasar danau dan oleh bidang pemisah lapisan batuan dibawahnya. Lokasi dasar dan bidang pemisah lapisan batuan dibawah
Jenis petunjuk : dasar. Kecepatan rambat gelombang seismik pada batuan bawah permukaan. Pemetaan dasar laut, sungaidanau dan struktur geologi. Penggunaan
: penentuan
sifat-sifat
massa
batuan.
Memungkinkan
50
penelitian dalam tanah dan batuan. c. Metode hambatan elektrik Prinsip
: Mengukur variasi vertikal dan horizontal yang menyangkut perubahan dalam hambatan elektrik arus listrik. Posisi, batas, dan hambatan dari berbagai satuan bawah
Jenis petunjuk
: tanah Penentuan struktur geologi, ketebalan lapisan tanah, kadar
Penggunaan
: kelembaban tanah, permukaan air tanah. Kedalaman maksimum sekitar 30 m. Dipengaruhi oleh jaringan pipa bawah tanah.
d. Metode magnetik Prinsip
: Pengukuran terhadap variasi dalam medan magnit
Jenis petunjuk
: Variasi dalam komponen horizontal dan vertikal medan magnit bumi
Penggunaan
: Pencarian material magnit dalam lingkungan tidak magnetis atau sebaliknya. Besar badan atau struktur didalam bawah :
tanah yang dapat dilacak tergantung dari kedalaman badan atau struktur tersebut di bawah permukaan dan hantaran magnetiknya.
e. Metode elektro magnetik Prinsip
: Pengukuran medan magnet yang dibangkitkan oleh getaran elektro magnetik, yang frekwensinya bisa bervariasi tergantung dari metode yang digunakan. Hambatan elektrik dari bawah tanah atau profil-profil
Jenis petunjuk : refleksi dari gelombang yang direfleksikan (georadar). Penentuan struktur geologi, ketebalan lapisan penutup, Penggunaan
: pelecakan
material
yang
perilaku
elektromagnetiknya
menunjukkan penyimpangan. Very low frequenscy instrument: 15–150KHz, kedalaman 10–100m.
Georadar
(80–900KHz):1-20
conductivity meter(9,8KHz): 6 – 20m.
m.
Terrain
51
3. Pemboran Penelitian geofisis perlu dikorelasikan dengan data langsung hasil pemboran, parit uji, testpit dan terowongan eksplorasi. Tetapi biaya untuk pemboran cukup tinggi, sehingga perlu disusun program penelitian terpadu antara pemboran, sondir dan penelitian geofisis.
3.1. Peta Geologi Teknik Peta geologi teknik merupakan peta yang menyajikan informasi tentang data karakteristik dan sifat keteknikan tanah/batuan disuatu daerah/wilayah. Adapun lingkup pemetaan meliputi : jenis tanah, sifat fisik tanah/batuan, sifat keteknikan (daya dukung, perosokan dan tanah mengembang), kondisi keairan dan bahaya lingkungan beraspek geologi.(Gambar 3-1)
3.2. Analisis Besar Butir Tanah Sifat-sifat suatu tanah tertentu banyak tergantung kepada ukuran butirnya. Karena itu pengukuran besarnya butir tanah merupakan suatu percobaan yang sangat sering dilakukan dalam bidang mekanika tanah. Besarnya butir juga merupakan dasar untuk klasifikasi atau pemberian nama pada macam-macam tanah tertentu. Besarnya butir tanah digambarkan dalam grafik lengkung gradasi atau grafik lengkung pembagian butir. Tanah yang ukuran butirnya dibagi rata antara yang besar sampai yang kecil dikatakan bergradasi baik, bilamana terdapat kekurangan atau kelebihan salah satu ukuran butir tertentu maka tanah itu disebut bergradasi buruk, sedangkan apabila besar butir hampir sama disebut bergradasi seragam. Penentuan ukuran butir tanah dilakukan dengan dua cara yaitu untuk ukuran butir yang kasar dipakai saringan, yaitu tanah dikeringkan dan disaring pada serangkaian saringan dengan ukuran lubang 3 inci sampai dengan no. 200(200 kawat/inci) yang hampir sama dengan ukuran pasir hingga lanau, sedangkan untuk ukuran butir yang lebih kecil dari pasir halus dipakai cara pengendapan, yaitu tanah dicampur dengan air dan diaduk kemudian dibiarkan
52
berdiri supayabutir-butir mengendap. Butiran-butiran dalam suatu suspensi akan
Gambar 3– 1 . Peta geologi teknik
menurun dengan kecepatan yang tergantung pada ukurannya.
Kecepatan ini menurut hukum Stokes, adalah sebanding dengan pangkat dua dari ukuran butirnya. V = Kecepatan turun butir, V = ( D/M)2 D = Diameter butir, M = Konstanta
Jadi D = Hr/t
53
Hr = tinggi turun ;
t = waktu Butir-butir sebesar D akan turun sejarak H dalam jangka waktu t. Biasanya pengukuran dimulai setelah satu menit dan diteruskan pada jangka waktu tertentu selama 24 jam. Berat jenis suatu campuran air dan tanah tergantung konsentrasi butiran yang tergantung di dalamnya. Dengan cara mengukur berat jenis suspensi berarti dapat menghitung banyaknya tanah yang ada dalam campuran tersebut. B = berat tanah/cm3;
B = G/(G-1) (Rh – 1 )
G = berat jenis; Rh = pembacaan hidrometer;
P = 1000B/W x 100
P = prosentase ; W = Jumlah berat tanah dalam suspensi
3.3. Batas-Batas Atterberg Batas atterberg adalah batas cair dan batas plastis. Istilah-istilah yang dipakai untuk pembatasan seperti sketsa dibawah ini: Basah Keadaan cair (Liquid)
plastic
Batas cair (LL)
semi-plastic
Batas Plastis (PL)
Kering solid
Batas pengerutan ( SL)
Gambar 3 – 2 Batas-batas aterberg
54
1. Batas cair (LL) adalah kadar air tanah bilamana diperlukan 25 pukulan. Cara mengetahui batas cair tanah dengan beberapa contoh tanah dengan bermacammacam kadar air dan dilakukan uji dengan alat batas cair, maka akan diperoleh banyaknya pukulan sampai dua alur tersebut berimpit. Data kadar air dan jumlah pukulan masing-masing contoh dibuat grafik, maka dari grafik tersebut dapat dibaca kadar air pada 25 pukulan. Klasifikasi platisitas tanah berbutir halus dibagi lagi menjadi plastisitas rendah (LL < 35 %), plastisitas sedang (LL=35 – 50 %) dan plastisitas tinggi (LL > 50 %).
2. Batas plastis (PL) adalah kadar air pada batas bawah daerah plastis. Kadar air ini ditentukan dengan memplintir tanah pada plat kaca sehingga diameter bulatan dari batang tanah yang dibentuk mencapai 1/8 inci dan apabila tanah mulai mencapai pecah/retak-retak maka kadar air tanah itu adalah batas plastis.
3. Indeks plastis (PI) adalah selisih antara batas cair dan batas plastis dimana tanah tersebut dalam keadaan plastis.(PI =LL – PL ) dan batas cairnya memberikan satu titik pada suatu diagram plastisitas.
4. Indeks kecairan (LI) adalah kadar air tanah dalam keadaan aslinya biasanya terletak antara batas plastis dan batas cair dan biasanya berkisar antara 0 sampai 1. LI diperoleh dari persamaan : LI = (w-PL)/(LL-PL) = (w-PL)/PI
Kegunaan batas-batas atterberg adalah suatu gambaran secara garis besar akan sifat-sifat tanah. Tanah yang batas cairnya(LL) tinggi biasanya menpunyai sifat teknik buruk yaitu kekuatan rendah, compresibility tinggi dan sulit memadatkannya. Sifat tanah tersebut dipakai untuk misalnya pembuatan jalan dan Indeks plastis juga biasanya dipakai sebagai salah satu syarat untuk bahan yang akan dipakai untuk pembuatan jalan.
3.4. Keaktifan
55
Tepi-tepi mineral lempung mempunyai muatan negatif neto, ini menyebabkan terjadinya usaha untuk menyeimbangkan muatan ini dengan tarikan kation. Tarikan ini akan sebanding dengan kekurangan muatan neto dan dapat dihubungkan dengan aktivitas lempung. Skempton(1953) telah menngartikan secara kwantitatif disebut aktivitas dari lempung adalah perbandingan antara indeks plastis dengan prosen fraksi lempung berukuran < 2 m dan dikelompokan menjadi 3 klas.(Tabel 3 – 1) Aktivitas(A)
Indeksplastis % faraksi lempung( 2 μm)
Tabel 3-1 Klasifikasikan aktivitas lempung
Aktivitas
dalam
Aktivitas(A)
Klas
0,75
Sedang
< 0,75
Tidak aktif
> 1,25
Aktif
kaitannya
dengan
perubahan
volume
merupakan
pertimbangan utama dalam mengevaluasi tanah yang akan dipakai dalam pekerjaan pondasi. Kapasitas penggantian kation dalam milliekivalen (meq)/100g lempung juga digunakan sebagai indikasi suatu aktivitas.
Tabel 3-2 Kapasitas penggantian mineral lempung Lempung Kaolinit
Kapasitas penggantian, meq/100g 3 – 15
Haloisit(4H2O)
10 – 40
Illit
10 – 40
Vermikulit
100 – 40
Montmorilonit
80 - 150
56
Aktivitas lempung dapat ditentukan dalam karakteristik plastisitasnya yang berubah oleh substitusi ion-ion logam dari tingkat yang lebih tinggi seperti terlihat pada skala substitusi: Li
3..5. Mineral Lempung Ternyata ada korelasi antara keaktifan dengan jenis mineral lempung yang diunkapkan Skempton(1953) dan Mitchell(1976). (Tabel 3-3). Teknik lain yang digunakan untuk mengetahui jenis lempung yang disarankan Casagrande dalam Holtz dan Kovacs(1981) (Gambar 3 – 3) adalah mengunakan batas-batas atteberg, yaitu menggunakan hubungan antara selisih batas cair dengan batas plastis yang disebut indeks plastis pada kurve vertical dan batas cair berupa kurva yang horizontal. Tabel 3-3 Korelasi Keaktifan dengan jenis mineral Mineral
Keaktifan
Na-Montmorilonit
4-7
Ca-Montmorilonit
1,5
Ilite
0,5 – 1,3
Kaolinit
0,3 – 0,5
Haloisit(Terdehidrat)
0,5
Haloisit Terhidrat)
0,1
Atapulgit
0,5-1,2
Alofan
0,5-1,2
Mika(muskovit)
0,2
57
Kalsit
0,2
Kwarsa
0
Garis U 60
Garis A
Montmorilonit
50 Ilite
Indeks keplastikan
40 30
Klorit Kaolinit
20 10
Haloisit Batas cair
0 0
10
20 30
40
50 60
70 80
90 100
Gambar 3 - 3 Kurva keplastikan Casagrande.
3.6. Tingkat Pengembangan Pemuaian lempung terjadi ketika kadar air bertambah dari nilai referensinya, sedangkan penyusutan terjadi ketika kadar air berkurang dari nilai referensinya sampai pada batas susut. Tanah lempung dapat diperkirakan akan mempunyai perubahan volume yang besar apabila indeks plastisitas (Ip) 20. Perubahan volume berhubungan langsung dengan batas susut dan sebagian berkaitan pula dengan batas plastis dan batas cair. Tabel 3-4, menurut Holtz & Gibbs (1956) dalam Bowles (1991) memberikan hubungan kasar yang dijumpai dan cukup dapat diandalkan untuk meramalkan terjadinya perubahan volume.
Tabel 3- 4 Hubungan antara Ip, Ws & potensi perubahan volume
Potensi perubahan volume
Indek plastisitas (Ip) Daerah kering
Daerah lembab
Batas susut (ws)
58
Kecil
0 – 15
0 – 30
12
Sedang
15 – 30
30 – 50
10 – 12
Tinggi
> 30
> 50
< 10
Beberapa metoda dan pengujian tanah telah dikembangkan untuk mengidentifikasi tingkat pengembangan tanah seperti yang dijelaskan dalam Holtz dan Kovacs (1981) yaitu pengkorelasian terhadap properti indeks dalam bentuk table 3-5.
Tabel 3-5 Potensi pengembangan tanah (Holtz 1959) Tingkat % perubahan Pengembangan volume Sangat tinggi
> 30
Kandungan Koloid (% - 1 m) > 28
Indeks Plastisitas (IP) > 35
Batas Susut (SL) < 11
Tinggi
20 – 30
20 – 31
25 – 41
7 – 12
Sedang
10 – 20
13 – 23
15 – 28
10 – 16
Rendah
< 10
< 15
< 18
> 15
Metoda Gromko yaitu dengan melihat korelasi antara kerapatan kering insitu terhadap batas cair, ataupun pengujian free-swell yang dikembangkan oleh Holtz dan Gibbs. Sedangkan cara yang mudah dan cukup dikenal adalah metoda Seed (1962) dan metode Gillott(1968) .(Gambar 3-6 & 3-7)
3.7. Konsolidasi Bekerjanya tegangan terhadap tanah berbutir halus yang jenuh akan menghasilkan regangan yang tergantung pada waktu dan penurunan yang dihasilkan. Jangka waktu terjadinya penurunan konsolidasi tergantung pada bagaimana cepatnya tekanan pori yang berlebih akibat beban yang bekerja dapat dihilangkan. Karena itu koefisien permeabilitas merupakan faktor penting disamping penentuan berepa jauh jarak air pori yang harus dikeluarkan dari poripori yang ukurannya bertambah kecil untuk dapat meniadakan tekanan yang
59
berlebihan. Karena itu lempung akan terjadi penurunan agak besar sedangkan pasir penurunannya agak kecil (Wesley, 1975).
5-
4-
Sangat Tinggi
Aktifitas
3-
Tinggi 2-
Sedang 1-
0- Rendah 0 10
20 30 40 50 60 Persentase lempung ( < 0,002 mm)
70
Gambar 3-4. Diagram klasifikasi potensi pengembangan tanah (Seed 1962) 100 90 -
Aktifitas=2
80 -
Aktifitas = 1
70 60 -
Sangat Tinggi
Indeks Plastisitas
50 40 -
Aktifitas = 0,5
30 -
Tinggi
20 10 0-
0
10
20
30 40 50 60 70 80 Persentase lempung (< 0,002 mm)
90 100
60
Sedang Rendah
Gambar 3-5. Diagram klasifikasi potensi pengembangan tanah (Gillott 1968) Parameter-parameter konsolidasi suatu tanah adalah indeks tekanan (Cc) dan koefisien konsolidasi (Cv). Indeks tekanan berhubungan dengan berapa besarnya konsolidasi atau penurunan yang akan terjadi , sedangkan koefisien konsolidasi berhubungan dengan berapa lama suatu konsolidasi tertentu akan terjadi. Rumus untuk menghitung kecepatan penurunan (t) dilapangan adalah : t = tH2/Cv
t = time faktor; H = jalan air( ½ tebal lapisan)
3.8. Kuat Geser Tanah Pengetahuan mengenahi kekuatan geser tanah diperlukan untuk berbagai macam soal praktis, terutama untuk menhitung daya dukung tanah, tegangan tanah terhadap dinding penahan dan kestabilan lereng. Keruntuhan geser dalam tanah adalah akibat gerak relatif antara butirnya, bukanlah karena butirnya sendiri hancur. Oleh karena itu kekuatan tanah tergantung kepada gaya-gaya yang bekerja antara butirnya. Dengan demikian kekuatan geser tanah dapat diangap terdiri dari : bagian yang bersifat kohesi dan bagian yang mempunyai sifat gesekan. Maka kekuatan geser tanah dapat dinyatakan dengan rumus :
s = kekuatan geser; u = tegangan air pori s = c’ + ( - u ) tan
= tegangan total pada bidang geser; = sudut geser dalam
61
Kekuatan geser suatu tanah dapat didefinisikan sebagai tahanan maksimun dari tanah terhadap tegangan geser dibawah suatu kondisi yang diberikan. Kondisi-kondisi yang ditekankan diatas terutama bersangkutan dengan sifat-sifat drainasi tanah . Untuk suatu tanah yang berbutir kasar, drainasi tanah pada umumnya baik dan terjadi seperti yang dihasilkan dalam percobaan, sedangkan untuk tanah yang berbutir halus akan mengering dengan sangat lambat oleh karena itu kecepatan percobaan merupakan suatu faktor yang penting. Beberapa percobaan geser dasar yang dapat dilakukan terhadap suatu tanah, apabila dilakukan dengan kondisi drainasi yang sama, harus memberikan hasil yang sebanding. Pengujian dilakukan dengan menempatkan contoh tanah kedalam kotak geser yang terbelah dengan setengah bagian yang dibawah merupakan bagian yang tetap sedangkan bagian atas bebas untuk bertranslasi. Contoh diletakkan di dalam kotak, sebuah blok pembebanan, termasuk batu berpori bergigi untuk drainasi yang cepat diletakkan diatas contoh. Kemudian suatu beban normal Pv dikerjakan. Kedua bagian ini akan menjadi sedikit terpisah dan blok pembebanan serta setengah bagian atas kotak bergabung menjadi satu. Dua atau lebih pengujian tambahan dengan nilai Pv yang lebih besar, untuk membuat grafik bersekala hubunan dengan kuat geser (s) dengan tegangan normal, maka akan diperoleh harga c (kohesi) dan (sudut geser dalam). Uji geser langsung adalah untuk mengukur parameter kuat geser sisa r dan parameter kohesi mendekati nol akibat regangan yang besar pada keadaan kekuatan sisa. Uji geser langsung juga untuk menentukan arah dan lokasi bidang keruntuhan, yaitu pada lokasi belahan kotak dan sejajar dengan beban horizontal. Uji ini dianggap para ahli dapat memenuhi syarat untuk regangan bidang yang cukup untuk dapat menyebutnya sebagai uji regangan bidang. Korelasi antara dan persentasi lempung (Bjerrum & Simons, 1960) terlihat dalam kurva (Gambar 3- 6) 40 Sudut gesek dalam ( )
Tidak terganggu 30
20 Terbentuk kembali
10
0 0
20
40 60 80 Indeks plastisitas ( Ip)
100
62
Gambar 3-6. Korelasi antara sudut gesek dalam dan indeks plastis ( Simons, 1960 dalam Bowles, 1991) 3.9. Bor Tangan Bor tangan adalah suatu alat yang mempergunakan berbagai macam auger pada ujung bagian bawah dari serangkaian setang bor. Bagian atas dari rangkaian stang bor ini mempunyai tangkai yang dipakai untuk memutar alat tersebut. Bor tangan hanya dapat digunakan pada bahan-bahan yang cukup lunak, terutama dalam lempung lunak sampai teguh(Gambar 3 – 7). Hasil pemboran ini digunakan untuk mengetahui susunan lapisan dan jenis tanah, dan dibuat log bor yang didalamnya tercantum lokasi, elevasi, cuaca, profil bor, kedalaman, diskripsi lapisan, kedalaman muka air tanah dan kedalaman pengambilan contoh tanah asli. (Gambar 3 – 8) Tangkai bor tangan
Stang bor
Mata bor Iwan
Gambar 3 -7.
Alat Bor tangan
63
Gambar 3 – 8. Log bor tangan
3.10. Pengambilan Contoh Tanah Contoh-contoh ini ada dua macam yaitu contoh tidak asli dan contoh asli. Contoh tidak asli diambil tanpa adanya usaha-usaha yang dilakukan untuk melindungi struktur asli dari tanah, sedangkan contoh asli harus masih menunjukkan sifat-sifat asli dari tanah dengan teknik pelaksanan sebagaimana mestinya dan cara pengamatan yang tepat, maka kerusakan-kerusakan terhadap contoh bisa diusahakan sekecil mungkin dan segera dibawa ke laboratorium.Cara pengambilan contoh asli dengan tabung silinder berdinding tipis dari bahan tembaga/besi di bagian atas disambung kepala tabung untuk dapat disambung dengan setang bor. Sebelumnya bersihkan lubang bor sampai dasar. Tabung contoh dimasukkan kedalam dasar lubang bor, dan kemudian ditekan (Bor mesin) atau dipukul(bor tangan) kedalam tanah asli yang akan diambil contohnya pada dasar lubang sampai masuk ± 60 cm, selanjutnya putar dan angkat tabung dengan hati-hati kemudian tutup dengan parafin. Derajat kerusakan contoh tanah yang diambil tergantung pada beberapa hal antara lain : - Keadan dan ukuran tabung contoh: tebal dinding harus setipis mungkin, perbandingan luasnya jangan lebih dari 10 %, permukaaan dalam dan luar tabung harus licin, ujung pemotong tabung harus cukup terpelihara.
64
- Cara pelaksanaan, tabung dan contoh sebaiknya ditekan kedalam tanah secara langsung dan jangan dipukul. - Cara membuat dan membersihkan lubang bor, tanah pada dasar lubang bor harus betul-betul asli terhindar dari kotoran-kotoraan serta lumpur.
3.11. Pemboran Inti/Pemboran Mesin Maksud dari pemboran inti dalam kepentingan penyelidikan geologi khususnya geologi teknik adalah untuk mengetahui kondisi bawah tanah, meliputi dari jenis batuan, sifat fisik, daya dukung (SPT) dan tingkat permeabilitasnya (K). Untuk jenis tanah dapat diambil contoh tanah tidak terganggu (US) untuk diketahui sifat mekanika tanahnya. Secara komprehensip data tersebut dapat digambarkan dalam log bor geologi. 1. Pemboran geologi teknik. Dasar teori pemboran geologi teknik ada 2 jenis yaitu pemboran mesin dan bukan mesin. Pemboran mesin adalah semua jenis pemboran yang menggunakan penggerak dari tenaga mesin. Sistim pemboran mesin ini batang bor diputar secara mekanis dan putarannya diteruskan ke mata bor pada dasar lubang bor (Gambar 3 – 9). Inti batuan yang terpotong akan tertinggal dalam tabung inti dan diangkat kepermukaan untuk dianalisa, diuji dan di simpan dalam kotak contoh Secara umum penggunaan pemboran mesin ini adalah metode yang umum dilakukan dalam penyelidikkan tanah/batuan. Mata bor ada bermacam-macam penggunaanya tergantung jenis tanah/batuan, alat bor dan kapasitas pemboran yang dikehendaki. Dalam teknik pemboran yang benar, seluruh inti bor dapat terambil dan pengujian setempat juga dapat dilaksanakan.
a. Kegunaan.: -
penyelidikan bahan tambang/endapan mineral
-
mengetahui struktur geologi suatu daerah
65
-
penyelidikan tanah dasar(bangunan sipil)
-
pembuatan sumur eksplorasi & eksploitasi air tanah
-
Pembuatan lubang pengeringan air dalam tambang bawah tanah
-
Pembuatan lubang peledakan batuan
b. Peralatan : Mesin bor & penggerak lengkap dengan peralatannya; mesin pompa lumpur/air; mata bor (Core bit, diamond core bit dll); Core barrel(penginti); Kotak inti.
c. Prosedur pelaksanaan: Untuk perlapisan permukaan (lempung, lanau, pasir & kerikil lepas) dimulai dengan bor spiral(1
7/8
” ), closed spiral (2 ½”) atau spiral auger dengan
pemboran sistim kering dari tiap 40 cm s/d 2/3 m dan di perbesar diameter 4 1/8”
untuk persiapan memasang pipa pelindung (Casing) 4 ½”). Tabel 3 -6. Daftar peralatan bor & ukuran NAMA
ROT
CASING
LUAR (mm) 33.4
ALAM mm) 21.4
BERAT (KG/M) 4.56
A
41.4
28.6
5.66
B
48.5
35.8
6.58
N
60.4
50.8
7.44
EW
35.0
22.2
4.66
AW
44.5
36.6
4.88
BW
54.0
44.5
6.40
NW
66.7
57.2
8.93
NX
46.1
38.2
2.68
AX
57.2
500.8
4.46
BX
73.00
62.8
8.45
NX
88.9
77.8
11.61
EX
38.2
22.2
UKURAN E
66
BIT
AX
49.3
28.6
BX
600.4
41.4
NX
76.2
54.0
2. Percobaan penetrasi standar (SPT) Percobaan ini dengan peralatan split spoon, alat penumbuk (Gambar 310) untuk mengetahui kekuatan lapisan tanah/batu. Pelaksanaan: - bersihkan lubang bor sampai dasarnya - masukkan split spoon(tabung belah) sampai dasar - sambung batang bor dengan alat penumbuk(63,5 kg) - angkat alat penumbuk 75 cm dan jatuhkan ke kepala penumbuk. - hitung jumlah tumbukan setiap turun 15/10cm dari 45/30cm. - Angkat split spoon perlahan-lahan - N dihitung jumlah tumbukan dari 15 cm ke II & III atau 10 cm ke II & III
67
Gambar 3-9. Sistim pemboran
68
SPT pada tanah (Kohesif & Non kohesif) digunakan untuk eksplorasi rutin semua jenis pondasi. Hubungan antara N dengan kepadatan relatif tanah non kohesif (pasir, kerikil, cangkang dll) dan konsistensi relatif tanah kohesif (lempung, lanau, gambut dll) terlihat dalam tabel dibawah ini :
Tabel 3 -.7. Hubungan harga N dengan kepadatan relatif JENIS TANAH
HARGA (N) 0–4 5 – 10
NON KOHESIF
11 – 24
(pasir, kerikil,
25 – 50
cangkang)
KOHESIF (lempung, lanau, gambut )
> 50
KEPADATAN RELATIF Sangat lepas Lepas Sedang Padat Sangat padat
0–1
Sangat lembek
2–4
Lembek
5–8
Teguh
9 – 15
Kenyal
16 – 30
Sangat kenyal
31 – 60
Keras
> 60
Sangat keras
69
Gambar 3 -10. Peralatan SPT
70
3. Permeabilitas (K) Maksud dan tujuannya untuk mengetahui harga K adalah kemampuan batuan / tanah untuk dapat meluluskan air dibaah tekanan/tanpa tekanan. Faktor-faktornya: Ukuran butir Sifat aliran pori, yaitu kekentalan air Angka pori tanah/batuan Bentuk dan tata letak pori Derajat kejenuhan Metoda pengukuran : Laboratorium dan Lapangan Dasar teori: Hukum Darcy’ 1856: Kecepatan suatu sat cair (V) melalui suatu medium yang berpori berbanding lurus dengan gradien hidrolik (i)
Contoh tanah
h(tinggi-tekan)
i = h/L ~ V = KiA (ml/dt) ~ V = Q/t ~ K = V/iA i = Gradien hidrolik Q = Debit aliran A = Luas penampang aliran V = kecepatan aliran air t = waktu pelaksanaan pengukuran K = Koefisien permeabilitas h = tinggi tekan
Gambar 3-11. Percobaan Darcy
Manfaat uji permeabilitas : a. Mengevaluasi jumlah rembesan b. Mengevaluasi gaya angkat/ renbesan dibawah struktur hidrolik untuk analisis stabilitas c. Menyediakan kontrol terhadap kecepatan rembesan sehingga partikel tanah berbutir halus tidak tererosi dari masa tanah
71
d. Studi mengenahi laju penurunan dimana perubahan volume tanah terjadi pada saat air tersingkir dari rongga tanah pada saat rongga terjadi pada suatu gradien energi tertentu. e. Mengendalikan rembesan dari tempat penimbunan bahan-bahan limbah yang berbahaya.
Cara pengujian : Uji laboratorium dan uji lapangan A. Pengujian laboratorium untuk harga K biasanya kurang dapat diandalkan walaupun prosedur dan peralatan sudah diperhatikan. Faktor-faktornya : 1. Tanah di lapangan umumnya berlapis (sulit ditiru di laboratorium) 2. Pada pasir, nilai K vertikal(Kv) dan K horisontal(Kh) sangat berbeda, bahkan mencapai tingkat Kh=10 – 1000, akibat proses sedimentasi. Struktur tanah di lapangan akan berubah/hilang untuk di laboratorium. 3. Ukuran contoh untuk pengujian di laboratorium sangat kecil 4. Apabila K kecil dan adanya penguapan - K besar 5. Untuk hemat waktu gradien hidrolik laboratorium delta h/L sering dibuat 5/> , pada hal di lapangan mungkin bernilai 0,1 – 2 Cara pengukuran : 1.
Constant head test (Uji tinggi konstan). Tinggi konstan
h tanah
L K
QL
Q/t
A = Tabung berisi air dan mendapat tambahan air agar mempunyai tinggi permukaan yang tetap. B = Tabung berisi contoh batuan dengan panjang contoh L (cm)dan luas penempang A C = Tabung penempang air untuk mengukur volume air yang tertampung Q (cm3) selama waktu tertentu (t)
cm/dt.
Aht
Gambar 3-12. Uji tinggi konstan
72
2. Falling head test .(Uji tinggi jatuh) Rumus yang digunakan : K = 2,3
aL
log
A(t0 - t1)
A
h1
A = Tabung dengan luas A & berskala B = Tabung berisi contoh batuan dengan panjang L & luas A terletak di dalamnya C = Tabung penampungan air melimpah t = Waktu penurunan dari ho – h1
ho L
ho
B h1
C
Gambar 3-13. Uji tinggi jatuh B. Uji di Lapangan Beberapa cara pengujian di lapangan antara lain : - Uji pompa, - Pengujian ujung terbuka(Open end test), - Pengujian perkolasi, - Pengujian packer
1. Uji Pemompaan Sumur (Well Pumping Test ) Pengujian ini dilakukan karena pada dasarnya karena adanya dua macam aliran yaitu : aliran langgeng (equilibrium) dan aliran tak langgeng (non equilibrium) Lubang bor
Sumur dipompa
observasi M.A.T
Q/t
A = luas permukaan (silinder) A = sr2i = s/dr Hukum Darcy : h2 /t = Kai h1
r1 r2 Rumus : K = 2,3
Q/tLog10 r2/r1 2 2 (h 2 h1 )
Gambar 3-14. Uji pemompaan sumur
73
2. Open End Test Pengujian dilakukan pada batuan yang mudah runtuh dan dasar lubang bor terbuka untuk di uji karena dinding tertutup casing. Persyaratan: Tebal lapisan lulus air di atas dan dibawah ujung pipa pelindung harus paling sedikit 10 r ( r = jari-jari lubang bor), lakukan minimal 5 kali pentahapan pengujian. Dengan mempertahankan tinggi air pada casing dengan pemompaan sebesar Q (debit air) , maka K = Q/5,5 rh. Pengatur debit air
Meter air
Q Casing
Hg1 2r
Muka tanah
M.A.T 1 Open hole
Hg2
H g1 = H gravity pada MAT1 Hg2 = H gravity pada MAT 2 Q = debit air diatur konstan pada casing 2r = diameter lubang bor h = H gravity L = Panjang lapisan yang diuji
10r L 10 r
M.A.T 2
Gambar 3-15. Open end test
3. Pengujian Perkolasi Pengujian ini dilakukan apabila batuannya lunak tetapi tidak mudah runtuh. Pelaksanaannya: bersihkan lubang bor, masukkan air kelubang bor sampai penuh (konstan dipermukaan casing). kemudian air dibiarkan turun sendiri dan hitung penurunan air dalam casing/lubang bor dalam waktu t Rumus : K =
r
2
2L(t0 t1 )
Ln
L r
h Ln 1 untuk L > 8r h2
74
h
r = jari-jari lubang bor/casing L = panjang lubang yang di test h = tinggi muka air dalam lubang t = Waktu penurunan
Muka tanah ho h2 M.A.T
ho
h1 h1 h2
L MAT
to
t1 t2
Gambar 3-16. Pengujian perkolasi 4. Pengujian Packer Pengujian ini dilakukan pada batuan keras sehingga dapat menahan tekanan packer dan dapat menggunakan 1 packer untuk menguji dibawah packer (single packer) dan 2 packer untuk menguji diantaranya (Double packer). Pelaksanaanya air di pompakan dengan tekanan konstan langsung kedalam lapisan batuan melalui sebuah pipa, selama 15 menit, kemudian uji ulang dengan tekanan yang berbeda-beda, yaitu 33% P max; 66 % P max; 100% P max; 66 % P max; 33 % P max. 1 Lugeon Unit (LU) : adalah banyaknya air yang masuk dalam massa batuan dengan 1 liter/menit/meter pada tekanan 10 kg/cm2. Q 103
Q = Debit air masuk lubang dalam cm3/min H = Total head L = Panjang lubang yang di uji.
LU = HL Rumus K =
Q 2LH
L ln r
; L > 10r; K =
Q 2LH
Sin h
-1 L 2r
; 10r > L > r
75
Pengatur debit air utk P
P
Hg Muka tanah Casing
Hs
Packer
MAT 1 Hd
L L/2 MAT 2 Gambar 3-17. Pengujian Packer
Untuk tidak jenuh , H = P + (Hd – L/2) + Hg Jenuh
, H = P + Hs + Hg
Keterangan : H
= Total head
P
= Tekanan
Hd
= Kedalaman lubang
L
= Panjang lubang yang di uji
Hg
= Tinggi tekanan dari muka tanah
Hs
= Static water head(MAT ke muka tanah)
Sin h–1 = Arc hyperbolic sinc , Sin h-1 x = Ln (x + x2 + 1)
76
Tabel 3 – 8. Nilai relatip untuk permeabilitas (Tersaghi & Peck)
K (m/dt) 10-3
Sangat permeabel
Kerikil kerakal,
10-5
Cukup permeabel
berdiaklas
10-7
Kurang permeabel
Pasir, pasir halus
10-9
Sangat kurang permeabel
Pasir berlanau
Impermeabel
Lanau lempung
-9
< 10
Nilai relatip
Material Geologi
Tabel 3- 9. Kisaran harga k terhadap macam tanah
MACAM TANAH Pasir non lempung
K (Cm/dt) 10-2 – 5 x 10-3
Pasir halus
5 x 10-2 – 10-3
Pasir lanau
2 x 10-3 – 10-4
Lanau
5 x 10-4 – 10-5
Lempung
3-6 – 10-9
3. Log bor geologi teknik. Log bor geologi teknik merupakan data geologi yang digambar secara komprehensip dari beberapa data : Kedalaman dan ketebalan batuan, Harga SPT, Harga Permeability (K), Kedalamaman simple (US). (Gambar 3-18).Hasil perolehan pemboran juga didata yaitu % perolehan inti (CR) hasil panjang inti dibagi jumlah target kedalaman kali 100% dan jumlah panjang inti > 10 cm dibagi kedalaman pemboran kali 100 % (RQD). Data CR ini akan mencerminkan teknik pemborannya bagus atau memang kondisi batuannya banyak rekahan atau hancuran(breksi sesar) sedangkan RQD ini akan menunjukkan kualitas batuan.
77
Gambar 3-18. Log bor geologi teknik
78
3.12. Daya Dukung Daya dukung dapat dikelompokan menjadi daya dukung teoritis dan daya dukung dengan metode Empiris. 1. Daya dukung dengan metode empiris Metode empiris ini telah dipakai untuk secara langsung mendapatkan daya dukung pondasi. Pada tanah kohesif kita dapat memakai kekuatan uji tekan tak terkekang qu, nilai Terzaghi Nc, dan faktor keamanan F = 3(tanah kohesif). Mengambil kuat tekan tak terkekang qu sebagai daya dukung izin merupakan praktek yang biasa dilakukan. Pada tanah tidak kohesif, suatu nilai qa untuk pondasi yang dapat membatasi penurunan tidak lebih dari 25 mm telah diberikan oleh Meyerhof(1956, 1974) sebagai qa =
N Kd F1
B ≤ F4
B = dimensi sisi terkecil dari pondasi, kaki atau m D = kedalaman pondasi dalam satuan B Kd = 1 +0,33 D/B≤ 1,33 N = jmh uji SPT Fi = Konstanta yang tergantung pada satuan yang dipakai
Perhitungan tumbukan rata-rata N SPT, pada zona efektif dibawah suatu pondasi adalah 15. Perkiraan daya dukung izan qa, dengan menganggap bahwa kedalaman pondasi D adalah 3,3 m dan tanah dalam zona pengaruh adalah pasir kasar yang agak padat. Penelitian daya dukung batuan dapat dilakukan bersama-sama dengan pemboran geologi teknik pada kedalaman tertentu dengan Standart Penetrasi Test (SPT) dengan harga N, juga dengan alat Sondir yaitu khusus untuk mengetahui kepadatan relatif tanah(qc), dengan kapasitas 250 Kg/cm2 atau 500 kg/cm2. Dengan alat sondir ini ujungnya ditekan secara langsung kedalam tanah sehingga tidak perlu lubang bor. Ujung tersebut yang berbentuk kerucut dihubungkan dengan suatu rangkaian stang-dalam, dan casing luar ditekan dalam tanah dengan pertolongan suatu rangka dan dongkrak yang dijangkarkan pada permukaan tanah. Ada 2 macam ujung penetrometer yang biasa pakai yaitu
79
standard type(mantel konis), dan friction sleeve (bikonis), ujungnya berbentuk kerucut (konis) 60° dengan luas penampang 10 cm2 dan untuk kedua macam ini ujung ditekan kebawah dengan suatu rangkaian stang-dalam dan casing luar(Gambar 3 – 19). Pada macam standard yang diukur hanya perlawanan ujung (nilai konis) ini dilakukan hanya menekan pada stang dalam, yang segera akan menekan konis tersebut kebawah(20 cm), seluruh tabung luar tinggal diam. Gaya yang dibutuhkan untuk menekan
kerucut kebawah diukur dengan suatu alat
pengukur(gauge) yang ditempatkan pada kerangka dongkrak dipermukaan tanah. Setelah dilakukan pengukuran casing luar dimajukan, sampai ke titik pengukuran berikutnya. Hasil-hasil penyelidikan dinyatakan dalam bentuk grafis, nilai konis digambar dalam kg/cm2 dan hambatan pelekat digambar sebagai jumlah. Grafik sondir akan memberikan gambaran yang baik mengenai kondisi tanah, walaupun tidak memberikan macam tanah, tapi sepintas dapat melihat apakah hanya ada satu lapisan tanah atau ada beberapa lapisan tanah yang berbeda. Sebaiknya dapat dimengerti dengan jelas bahwa nilai konis yang diperoleh dengan alat sondir ini tidak dapat disamakan dengan daya dukung tanah yang bersangkutan, Nilai konis merupakan suatu angka empiris, yang mungkin dapat dihubungkan secara empiris dengan sifat-sifat fisik batuan/tanah dari log bor pemboran seperti gambar (3 – 20) Misalnya nilai sondir pada lapisan pasir dapat dipakai sebagai petunjuk mengenai kepadatan relatif pasir tersebut.
Gambar 3 –19. Alat sondir
80
Gambar 3-20
81
2. Daya dukung teoritis Daya dukung teoritis adalah daya dukung batas suatu tanah dibawah beban alas tumpuan terutama tergantung pada kuat geser. Sebagian teori daya dukung didasarkan atas teori plastisitas. Prandtl(1920) alas tumpuan pada lempung jenuh, biasanya diasumsikan kondisi tak terdrainase( = 0), maka daya dukung batas adalah : qbatas = ( + 2) c = 5,14c. Terzaghi (1943) memodifikasi masalah Prandtl dan mendapatkan untuk alas tumpuan lajur menjadi : qbatas = c Nc + DNq + ½ BN
Keterangan:
D = kedalaman alas tumpuan; B = lebar alas tumpuan ; = berat isi efektif tanah;
Ni = faktor daya dukung.
Pada umumnya persamaan Terzaghi berlaku untuk alas tumpuan dangkal di mana D B dan didapatkan Nc = 5,74 Nq = 1,00 N = 0,0. Daya dukung tidak akan bertambah tanpa adanya pembatas, sehingga kedalaman alas tumpuan dibatasi sampai sekitar 2 B atau nilai Nq yang direduksi dipakai untuk kedalaman yang lebih besar.
Beberapa prosedur untuk menstabilkan tanah antara lain: 1. Tambahkan bahan pencampur seperti gamping yang terhidrasi(mati), maka akan mengurangi Ip dari 20. 2. Padatkan tanah pada keadaan yang lebih basah dari optimum, sehingga akan menghasilkan kerapatan kering yang rendah. 3. Mengontrol perubahan kadar air dari nilai referensinya.
82
BAB IV GERAKAN TANAH 4.1. Definisi Thornbury, 1954 : Proses akibat gaya gravitasi secara langsung. Rangers, 1975 : Proses yang terjadi dibawah pengaruh gravitasi tanpa adanya media transportasi / merupakan bagian dari turunnya lereng Purbo Hadiwijoyo, 1965 : Gerakan tanah adalah perpindahan massa tanah atau batuan pada arah tegak, mendatar atau miring dari kedudukan semula yang terjadi apabila terdapat gangguan kesetimbangan massa pada saat itu.
4.2. Faktor Penyebab Gerakan Tanah (a). Geologis (morfologi, struktur, stratigrafi, jenis batuan, air dll) 1. Faktor morfologi yaitu: punggung bukit yang curam, melidah, retakanretakan terbuka dalam tanah, batang pohon yang bengkok dll. 2. Faktor struktur geologi : kekar dan sesar 3. Faktor stratigrafi : Lapisan lunak terletak dibawah lapisan keras, adanya lensa-lensa pasir dsb. 4. Faktor jenis batuan : batuan sedimen lebih mudah lapuk bila dibanding batuan beku. 5. Faktor air: Air hujan yang masuk ke pori-pori/retakan batuan akan menambah berat massa batuan itu sendiri. (b). Non geologis(budidaya manusia, akar tumbuh2an, gempa).
Sedangkan penyebab gerakan tanah ditinjau dari konsepsi faktor keamanan dapat dikelompokkan menjadi 2 (dua) yaitu: Gambar : 2 Faktor2 penyebab gerakan tanah 1. Gangguan dalam
83
a. Geometri lereng : suatu massa tanah /batuan memiliki harga batas ketahanan tertentu dalam membentuk suatu ukuran geometri lereng, sehingga penciri geometri lereng memiliki harga kritis. b. Batuan pembentuk lereng: Batuan atau massa tanah pembentuk lereng memiliki sifat fisik yaitu berat isi, sifat mekanik yaitu kohesi, sudut geser dalam . Kedua sifat tersebut dipengaruhi oleh kadar air.
2. Gangguan luar a. Vegetasi yaitu dengan akarnya akan menambah sistem kekuatan lereng sedangkan
pengaruh
penambatan
akan
menambah
beban
yang
berpengaruh terhadap kestabilan lereng. b. Gempa akan menyebabkan tergoncangnya permukaan tanah dan dapat sebagai pemicu terjadinya longsoran. c. Curah hujan dapat meningkatkan kadar air, penurunan kohesi dan sudut geser dalam maupun kenaikan berat isi tanah.(Gambar. 3-1)
4.3. Secara Mekanika Proses longsoran suatu tebing dapat diuraikan sebagai berikut: (a).
Pada massa tanah yang berada pada suatu lereng (tanah dengan permukaan miring) bekerja suatu gaya berat yang mendorong tanah untuk longsor.
(b). Gaya dorong diatas ditahan oleh gaya gesek dan gaya lekat pada bidang singgung antara massa tanah yang diam dengan yang akan longsor. (c). Longsor akan terjadi apabila gaya pendorong lebih besar dari pada gaya penahan. (d). Longsoran masa tanah akan mengikuti suatu bidang tertentu yang memberikan nilai perbandingan terbesar antara gaya pendorong dan gaya penahan longsor. Berat massa tanah sebagai gaya pendorong dipengaruhi oleh: (a). Semakin tinggi dan kemiringan tebing, gaya pendorongnya makin besar pula
84
(b). Berat volume tanah yang dipengaruhi oleh kadar air, makin besar pula berat dan volumenya dan makin besar pula gaya pendorongnya. Sedangkan gaya penahan longsor dipengaruhi oleh: (a). Sudut gesek tanah yang memberikan gaya gesek (b). Kohesi tanah yang memberikan gaya lekat. Besarnya sudut gesek dan kohesi tanah dipengaruhi oleh keberadaan air tanah air yang mengisi pori-pori tanah merenggangkan hubungan antara butir-butir tanah sehingga mengakibatkan turunnya sudut gesek dan kohesi tanah.
4
85
86
Longsor itu terjadi dari lereng sungai yang terjal, dengan kemiringan lereng sekitar 70 derajat dari tanah lapuk yang meresap air akan bertambah berat, sehingga pada batuan dasar sebagai bidang gelincir dan tidak mampu menahan berat massa tanah tersebut kemudian akan terjadi longsor. Dengan terjadinya curah hujan yang tinggi menyebabkan tebing tanah pada tepi jalan maupun rumah akan menjadi rawan terhadap tanah longsor. Berdasarkan penelitian terdahulu diketahui bahwa ada beberapa jenis karakter hujan sebagai pemicu, yaitu : 1. Hujan tunggal dengan curah hujan tinggi 2. Akumulasi beberapa hujan dengan curah total yang tinggi . Faktor lain yang mempengaruhi terbentuknya kekuatan alam yang mendukung kejadian tanah longsor yaitu: (a). Vegetasi Vegetasi yang menutup permukaan lahan berpengaruh besar terhadap gerakan air yang berasal dari air hujan. Vegetasi ini akan memperlambat limpasan permukaan sehingga meninggalkan resapan air ke tanah dan mengurangi jumlah limpasan air di permukaan tanah. Adanya vegetasi juga akan meningkatkan proses pelapukan tanah menjadi lebih gembur juga banyak mengandung bahan organik. Jadi keberadaan vegetasi tersebut satu pihak menguntungkan karena dapat mengurangi erosi permukaan tanah dan banjir, juga di lain pihak pada lerenglereng
yeng terjal justru memicu terjadinya longsor, karena berat tumbuhan
tersebut akan menambah beban terhadap gaya pendorong longsoran. (b). Gempa Gempa yang berkekuatan tinggi bisa mengakibatkan saling terlepasnya butiran massa tanah, dan getaran gempa juga akan memicu untuk terjadinya peristiwa tanah longsor. (c). Campur tangan manusia Aktifitas manusia yang merubah kondisi permukaan lahan, antara lain : 1. Perlakukan terhadap vegetasi penutup lahan yang mengakibatkan peningkatan erosi.
87
2. Pembangunan di permukaan lahan, yang mengakibatkan mengurangi peresapan air hujan ke dalam tanah . 3. Pengolahan tanah, yang mengakibatkan peningkatan kerawanan tanah longsor 4. Penambangan yang meninggalkan galian dengan tebing yang terjal.
4.4. Macam Gerakan Tanah Secara garis besar ada 5 tipe gerakan tanah .
a. Tipe Jatuhan (fall)
b. Tipe Luncuran(slide)
c. Tipe Aliran (Flow)
Roboh (Topples)
88
d. Tipe Rayapan(creep)
e. Tipe Kombinasi(complex)
Gambar 4 – 2 : Macam-macam gerakan tanah
4.5. Klasifikasi Gerakan Tanah
(a). Klasifikasi aliran sedimen (Barbara, 1996) (Gb. 4 -3,Gb. 4-4; Tabel: 4-1) (b). Klasifikasi gerakan tanah(Longsoran) – dikutip dari “ Landslides and Engineering Practice” (Tabel 4 – 2). (c). Klasifikasi gerakan tanah (DPU, 1985) (Tabel 4 – 3). (d). Klasifikasi gerakan tanah (United State Highway Reserch Board Landslide Commitee, 1976).(Gb. 4-4). (e). Klasifikasi gerakan tanah (Varnes, 1978) (Tabel , 4-4). Secara berurutan gambar klasifikasi a – e adalah sebagai berikut : - Rock Flows
Gambar 4 -3: Klasifikasi Aliran batu(Rock Flows, Barbara 1996)
89
Gambar 4 - 4. Klasifikasi Slurry flows dan GranularFlows (Barbara, 1996) Tabel 4 – 1 : Klasifikasi aliran sedimen (Barbara 1995)
Tabel 4 – 2 : Klasifikasi gerakan tanah(Landslides and Engineering Practice)
Jenis gerakan Jatuhan Beberapa unit
Jenis material Batuan Jatuhan batuan Penurunan Longsoran bongkah rotational secara mendatar
Tanah Jatuhan tanah Longsoran bongkah Penurunan secara mendatar rotational
90
Longsoran banyak unit
Longsoran batuan
Longsoran Puing
Patahan penyebaran ke samping
Semuanya tak terkonsolidasi Pecahan batuan Kering
Luncuran
Campuran
Luncuran Luncuran Pecahan pasir Batuan Luncuran cepat Tanah Luncuran pasir atau lanau
Basah
Kompleks
Pasir/ lanau
umumnya Plastis
Luncuran loss Runtuhan puing
luncuran lambat tanah
Luncuran puing Luncuran lumpur
Kombinasi berbagai material atau jenis gerakan
Tabel 4 – 3 : Klasifikasi gerakan tanah (DPU, 1985)
PENGELOMPOKA N MENURUT GERAKANNYA 1). Runtuhan (fall) 2) Gelinciran (slide)
3) Aliran (flow) 4). Kombinasi (complex)
MACAM MATERIAL Batuan
Runtuhan batuan Gelincir Batuan rotasi Gelincir btn.tranplasi /planar Aliran batuan
Tanah
Bhn.lepas
Runtuhan Runtuhan tanah Bhn.lepas Gelincir Tanah rotasi Gelincir tnh.tranplasi /planar Alirantanah Aliran bh.lepas
Lumpur
Aliran lumpur Kombinasi dari ketiga jenis longsoran di atas atau kombinasi material
91
Gambar 4 – 5 Klasifikasi gerakan tanah (USHRBLC, 1976) Tabel 4 – 4 Gerakan tanah (Varnes, D.J., 1978)
JENIS GERAKAN TANAH
RUNTUHAN
LONGS ORAN
ROBOHAN
Runtuhan
JENIS MATERIAL TANAH TEKNIK BERBUTIR KASAR BERBUTIR HALUS Runtuhan bahan Runtuhan tanah
batuan
rombaknan
Robohan
Robohan bahan
batuan
rombakan
BATUAN
Beberapa Nemdatan ROT unit batuan ASI
Nemdatan bahan rombakan
Robohan tanah
Nendatan tanah
92
Longsoran Longsoran blok bahan blok batuan rombakan
Longsoran blok tanah
Longsoran bahan rombakan Pencaran bahan
Longsoran tanah
PENCARAN
Longsoran batuan Pencaran
LATERAL
batuan
rombakan
Aliran
Aliran bahan rombakan
Aliran pasir/lanau
batuan
Solifluction
basah
(rayapan
Lawina bahan rombakan
Aliran pasir
dalam)
Rayapan bahan rombakan kering
TRA NSL ASI
Banyak unit
ALIRAN
Aliran blok
Pencaran tanah
Aliran tanah Aliran lepas
KOMPLEKS
Campuran dari dua/lebih jenis gerakan
Gambar 4 – 6 Tipe rayapan
93
Gambar 4 – 7. Tipe runtuhan tanah
Gambar 4 – 8. Tipe Jatuan
94
Gambar 4 – 9. Debris-flow hazards in the san francisco bay region
Gambar 4 – 10, Tipe luncuran
Gambar 4 – 11, Debris flow
95
Gambar 4 – 12, Tipe luncuran
Gambar 4 – 13, Tipe Jatuahan Gambar 4 – 13, Tipe Jatuhan
4.6. Kemampuan Geologi Teknik Menurut Muhamad Wafid A.N.(2004), Faktor – faktor penyebab terjadinya proses gerakan tanah secara umum disebabkan antara lain: - pengaruh kemiringan lereng, - kondisi fisik dan keteknikan tanah dan batuan, - pengaruh keairan, tataguna lahan, struktur geologi, - kegempaan dan aktivitas manusia. Suatu daerah yang rentan terhadap gerakan tanah perlu dilakukan Penilaian Zona Kemampuan Geologi Teknik, yaitu berdasarkan data yang tersedia berupa data sekunder, data hasil pengujian lapangan dan laboratorium serta analisis perhitungan parameter geologi teknik, maka selanjutnya dilakukan penilaian geologi teknik yang berdasarkan pada faktor-faktor : tingkat kemudahan dalam
96
mengerjakan, kesederhanaan penyelidikan geologi teknik serta
adanya
kendala/masalah geologi teknik. Berdasarkan hal tersebut suatu daerah dapat dibagi menjadi beberapa zona kemampuan geologi teknik tinggi, menengah, rendah dan sangat rendah.(Gambar 4 -14)
(a). Zona Kemampuan Geologi Teknik Tinggi Zona ini mempunyai kendala geologi teknik yang relatif kecil atau bahkan tidak ada. Kemiringan lereng berkisar antara 0 – 8 sehingga kemudahan untuk dikerjakan dapat dengan mudah dilakukan. Daya dukung tanah permukaan hingga kedalaman 5 meter adalah 10 ton/m2, nilai perosokan tanah antara 0,10 – 0,60 cm. Kemungkinan terjadi masalah geologi teknik dalam sekala kecil masih dapat terjadi seperti longsoran tebing dan erosi tebing sungai.Pada peta diberi warna biru.
(b). Zona Kemampuan Geologi Teknik Menengah Pada zona ini masih dijumpai masalah geologi bencana gunung api dan beberapa tempat masih mungkin terjadi gerakan tanah, kemiringan lereng berkisar antara 8 – 30 derajat. Untuk pendirian struktur bangunan, penyelidikan tapak masih perlu dilakukan. Pada peta ini diberi warna kuning.
Gambar 4 – 14 : Pta zona kemampuan gelogi teknik
97
(c). Zona Kemampuan Geologi Teknik Rendah
98
Pada zona ini dijumpai kendala geologi teknik yang lebih besar, sehingga agak kecil kemungkinannya untuk dikembangkan dan memerlukan biaya yang besar. Kemiringan lereng berkisar antara 30 – 70 derajat, sehingga sulit untuk dikerjakan. Daerah ini rentan terhadap gerakan tanah dan terdapat daerah yang berpotensi lempung mengembang.
(d). Zona Kemampuan Geologi Teknik Sangat Rendah Zona ini mempunyai tingkat untuk terjadinya masalah geologi/geologi teknik sangat tinggi, sehingga kemungkinan untuk dikembangkan sangat kecil atau membutuhkan biaya yang cukup besar. Kemiringan lereng berkisar antara 30 - >70 derajat, bencana gunung merapi, sehingga sulit untuk dikerjakan. Untuk perencanaan rekayasa teknik pada lokasi tapak harus dilakukan penyelidikan rinci. Pada peta ini diberi warna merah.
4.7. Evaluasi Zona Geologi Teknik Untuk RUTR Sesuai kebijaksanaan pemerintah melalui Rencana Umum Tata Ruang (RUTR) evaluasi geologi teknik terhadap kawasan pengembangan daerah sesuai penggunaan lahannya sebagai berikut:
(a). Kawasan Pengembangan untuk Perdagangan dan pemukiman Kawasan ini berada pada Zona Geologi Teknik rendah dan menengah. Daerahnya merupakan dataran, daya dukung pondasi cukup tinggi, sejauh tidak diperuntukkan bagi bangunan berat terutama pada Zona Geologi Teknik Mengengah yaitu di daerah sekitar aliran sungai.
(b). Kawasan Pengembangan, Pendidikan, Perdagangan dan Industri Kawasan ini berada pada Zona Geologi Teknik rendah dan Zona Geologi Menengah. Bagi kawasan Pengembangan Industri yang diperlukan adalah pertimbangan daya dukung pondasi, lempung mengembang dan masalah penurunan tanah, terutama di Zona Geologi Teknik Menengah, sehingga perlu
99
rekayasa teknik dengan biaya agak tinggi. Demikian juga dengan Kawasan Pemukiman yang berada pada daerah yang bergelombang dengan kemiringan lereng antara 5 – 15 %, dengan kondisi batuan yang mudah runtuh, maka diperlukan penyelidikan geologi teknik rinci yang membutuhkan biaya cukup tinggi.
(c). Kawasan Pengembangan Pertanian Pangan Kawasan ini berada pada Zona Geologi Teknik Rendah, Mengengah dan Tinggi. Kawasan Pengembangan bagi konserwasi alam dan lingkungan hidup/kawasan yang perlu dikembangkan berada pada Kawasan Zona Geologi Teknik Sangat Tinggi. Pada Kawasan Pengembangan Petanian Tanaman Pangan yang berada pada Zona Geologi Teknik Rendah, Mengengah dan tinggi, diperlukan pertimbangan pada jenis tanamannya. Pada Zona Geologi Teknik Tinggi jenis tanaman yang sesuai adalah pertanian lahan kering, karena pada daerah yang mempunyai kemiringan lereng yang agak terjal mudah terganggu kestabilannya. Kawasan pengembangan bagi konservasi alam dan lingkungan hidup pada dasarnya sudah sesuai pada zona Geologi Teknik Sangat Tinggi, karena umumnya merupakan areal hutan dan kawasan lindung. Daerahnya berupa perbukitan dan pegunungan, sehingga kawasan ini dapat dikembangkan sebagai kawasan wisata yang terbatas.
100
4.8. Analisis Kestabilan Lereng Bentuk topografi roman muka bumi sangat bervariasi, hal ini secara umum disebabkan adanya energi dari luar oleh matahari yang langsung menerpa muka bumi yang terdiri dari bermacam-macam jenis batuan yang mempunyai kekerasan yang berbeda-beda pula. Proses energi dari luar tersebut adalah pelapukan, pengikisan, pengankutan dan sedimantasi, sedangkan energi dari dalam adalah berupa pembentukan pegunungan baik orogenesa maupun epirogenesa, gunungapi dan gempa bumi. Bentuk muka bumi tersebut akan banyak dijumpai berupa lereng-lereng terjal dan landai, kebanyakan daerah berlereng terjal pada umumnya adalah tidak stabil kecuali pada batuan yang keras(intrusi batuan beku). Faktorfaktor yang menyebabkan tidak stabil dapat di klasifikasikan menjadi 2 yaitu faktor menyebabkan naiknya tegangan seperti naiknya berat tanah karena hujan, adanya beban bangunan, semakin curam akibat erosi dan gempa. Faktor yang menyebabkan kehilangan kekuatan adalah antara lain absorbsi air, kenaikan tekanan pori, beban goncangan, pengaruh pembekuan dan pencairan, hilangnya sementasi material, proses pelapukan. Kecepatan gerakan longsoran sangat bervariasi dari beberapa milimeter perjam sampai longsoran sangat cepat hanya beberapa detik. Untuk longsoran sangat cepat dapat terjadi apabila kehilangan kekuatan secara mendadak seperti peristiwa
gempa
yang
secara
cepat
mengubah
pasir
halus
menjadi
lumpur(likuifaksi) atau pada lempung sesitip.. Metode yang umum dilakukan adalah dari analisis stabilitas lereng didasarkan
atas
dari
batas keseimbanganFaktor
aman
stabilitas
lereng
diistimasikan dengan menguji kondisi keseimbangan pada saat terhitung keruntuhan mulai terjadi . Metode ke dua tentan analisis lereng yang didasarkan atas teori elastisitas atau plastisitas untuk menentukan tegangan geser pada tempat kritis untuk dibandingka dengan kuat geser. Beberapa lereng tidak mudah untuk dianalisis , misalnya pada lereng yang mempunyai kondisi geologi komplek dengan bervariasi batuan dan mempunyai lempung retak-retak sehingga mengevaluasi kekuatan tidak mudah.
101
(a) Kekuatan Masa Batuan Untuk analisa kestabilan lereng perlu diketahui sifat fisik dan sifat mekanik batuan. Sifat fisiknya diperlukan data : bobot isi batuan (γ), sedangkan sifat mekaniknya adalah kuat geser batuan yang dinyatakan dalam parameter kohesi (c) dan sudut geser dalam (θ). Secara prinsip pada suatu lereng sebenarnya terjadi 2 macam gaya yaitu gaya penahan (R) dan gaya penggerak (W sin ψ ). Gaya penahan yaitu gaya yang menahan massa dari penggerak agar tidak terjadi longsoran, sedangkan gaya penggerak adalah gaya yang menyebabkan massa bergerak sehingga terjadi kelongsoran. Lereng akan longsor jika gaya gaya penggeraknya lebih besar dari gaya penahan atau W sin ψ > R ( gambar 4 -15 )
R Wsinψ Wcos ψ ψ
W
Gambar 4 -15. Gaya yang bekerja pada suatu blok di atas bidang miring
1. Bobot isi batuan(γ), akan menetukan besarnya beban yang diterima pada permukaan bidang longsor dinyatakan dalam berat per volume dengan rumus :
γn =
Wn Ww Ws
γn = Bobot isi batuan Wn = Berat conto asli Ws = Berat conto jenuh Ww = Berat conto Jenuh
2. Kohesi (c), adalah gaya tarik menarik antar partikel dalam batuan dinyatakan dalam satuan berat per satuan luas. Nilai kohesi (c) diperoleh dari pengujian kuat geser langsung.
3. Sudut geser dalam (θ), merupakan sudut yang dibentuk dari hubungan antara tegasan normal dengan tegangan geser di dalam material tanah atau batuan. Semakin besar sudut geser dalam suatu material maka material tersebut akan
102
lebih tahan menerima tegangan luar yang dikenakan terhadapnya. Sudut geser dalam diperoleh dari hasil pengujian geser langsung, dengan rumus : .τ = kuat geser dalam ; c = kohesi σ = tegangan normal ; θ = sudut geser normal
τ = c + σ tan θ
Rumus perhitungan dalam pengujian adalah: . σn =
. σn = Tegangan normal Pn = Beban normal A = Luas penampang bidang geser
Pn A
. τr =
. τr = Tegangan geser residu Sr’ = Gaya geser residu Sr” = Gaya geser mundur
Sr A
Sr =
(Sr' Sr" ) 2
Dari perhitungan dapat diperoleh harga Tegangan normal (σn ) dan Tegangan geser (τr) yang kemudian di plotkan dalam grafik. Dari grafik tersebut akan diperoleh kekuatan geser massa batuan, kohesi(c) dan sudut geser dalam.( θ).(Gambar 4-16) τr
σn θ τr
c σn Gambar 4 -16. Gaya-gaya yang bekerja pada bidang miring
Faktor keamanan lereng terhadap longsoran tergantung pada ratio antara kekuatan geser tanah ( ) dan tegangan geser yang bekerja (m). Jadi F.K = /m ............. apabila > 1 stabil & < 1 longsor
Dalam keadaan kering pada sebongkah batuan berada pada bidang yang melereng, faktor-faktor yang menunjang kestabilan bongkah adalah :
103
kohesi (c) sudut gesek (b) luas alas bongkah(A) berat bongkah (W )
Apabila kekar yang berada di belakang bongkah berisi air, maka kestabilan boongkah akan berkurang. Sebuah gaya keatas (u) akan bekerja pada alas bongkah dan sebuah gaya ke muka (V) akan bekerja pada bagian belakang bongkah. Dalam menghitungkestabilan sebuah lerreng adalah : Fs(faktor keamanan) =
gaya yang menghambat gerak gaya yang meningkatkan gerak
Jika sudut lereng sebesar , maka : Fs(kering) = Fs(basah) =
cA W cos tan W sin
cA (W cos u ) tan W sin V
Didalam tanah, runtuhan yang sering terjadi melalui sebuah permukaan silindris (rotational slip). Analisisnya dengan menghitung momen apung dan momen tahanan pada lingkaran longsoran, dengan rumus Fs =
rT XW
r
r = Jari-jari lingkaran longsoran, T = gaya geser , X = jarak titik berat massa ke garis vertikal dan titik pusat longsoran. W = berat massa .
X W T
Gambar 4 – 17 : Unsur-unsur longsoran
Dalam pratek kestabilan lereng dihitung dengan membagi dalam sederetan kolom vertikal. Tahanan geser dari setiap kolom akan
104
bervariasi sesuai dengan tekanan normal terhadap bidang geser dan kemiringan bidang geser yang bersangkutan. Setiap kolom dianggap sebuah bongkah pada bidang longsoran dan jumlahnya kita hitung. Fs =
r ( cL W cos tan ) r W sin
Fs ==
cr W cos tan ) W sin
, cl = cr ;
,
r A
W Sin α Wos
W l
Gambar 4 – 18 : Kolom bongkah lereng tidak stabil
Untuk analisis sebuah lereng dengan mengunakan metode tersebut diatas, terlebih dulu harus menentukan faktor keamanan dari beberapa kemungkinan runtuhnya bidang silinder, hingga kita temukan busur lingkaran dengan faktor keamanan yang paling kecil. 4.9.Penentuan Bidang Gelincir
Untuk menetukan bentuk bidang gelincir pada penampang sepanjang as longsoran, diperlukan minimal tiga titik yang menunjukkan letak atau kedalaman bidang gelincir. Disamping itu perlu di evaluasi hal-hal sebagai berikut : - data penampang geologi teknik, antara lain letak lapisan tanah yang terlemah - data pengujian laboratorium, hubungan antara kadar air dan batas-batas atterberg - data SPT - gejala-gejala lainnya yang ada di lapangan, mata air, patahan, vegetasi dsb
105
- bentuk longsoran bisa bentuk rotasi atau translasi. Beberapa sebab suatu daerah menjadi rawan akan longsor antara lain : 1. Hilangnya penopang pada kaki bukit lereng( oleh erosi) 2. Pembebanan terhadap bagian atas lereng 3. Berkurannya gaya geser material atau bidang geser(Oleh pelapukan) 4. Berubahnya kedudukan air tanah
Kemungkinan lain untuk aktifnya kembali sebuah gerakan tanah adanya pembebanan terhadap bagian atas sebuah lereng atau adanya resapan air kedalam lereng (pengisian reservoar air tanah ). Analisis kemantapan lereng secara garis besar dapat dibagi 3 kelompok: pengamatan visual, komputasi dan grafik. Tabel 4 – 5 : Cara analisis kemantapan lereng Bidang Tanah Batu longsoran **) **) Keterbatasan *) I Berdasarkan Menbandin L,P,B 0 0 1.Kurang teliti; pengamatan gkan 2. Tergantung pengalaman visual kestabilan seseorang; lereng yang 3.Disarankan untuk ada dipakai bila tidak ada resiko II Mengguna Fellennius L 0 Fellenius kurang teliti, kan Bishop L,P,B 0 0 hanya dapat menghitung Komputasi Jambu L,P,B 0 0 faktor keamanan tetapi tidak dapat menghitung defirmasi III Mengguna Cousins L 0 1. Material homogen kan Grafik Jambu L 0 0 2. Umumnya struktur Duncan P 0 0 sederhana Hock& P,B 0 Bray Keterangan : *) L = Lingkaran **) 0 = digunakan P = Planar - = tidak digunakan B = Baji No
Analisis
Cara
4.10. Penentuan Kondisi Geohidrologi
Kondisi geohidrologi berdasarkan kondisi air tanah, longsoran dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu:
106
Dipengaruhi oleh air permukaan yang merembes menjadi air tanah Dipengaruhi oleh kombinasi antara air tanah bebas , air tanah sementara dan air tanah artesis Dipengaruhi oleh air tanah artesis Wolume air terdiri dari air permukaan dan air tanah. Air permukaan sangat tergantung dari volume air permukaan dan daerah pengaliran. Volume air permukaan dipengaruhi oleh faktor –faktor antara lain: intensitas air hujan, keadaan topografi, vegetasi, permeabilitas tanah permukaan, mata air. Daerah pengaliran dapat dipengaruhi dengan menentukan pola aliran air permukaan dari peta topografi atau foto udara. Kondisi air tanah yang dimaksud disini adalah ketinggian level air tanah yang berada di bawah permukaan lereng . pengaruh air tanah terhadap kestabilan lereng yaitu adanya tekanan keatas dari air pada bidang – bidang lemah yang secara efektif mengurangi kekuatan geser dari batuan. Hal ini tentu akan menurunkan kekuatan massa batuan. Seperti terlihat dalam rumus berikut: . τ = c + (σ – μ) tan θ τ = kuat geser batuan (ton/m2) c = kohesi (ton/m2) σ = tegangan normal (ton/m2) μ = tekanan air pori θ = sudut geser dalam
Makin besar harga tekanan air pori, maka makin kecil harga kekuatan geser dari batuan, sehingga nilai stabilitas lereng juga semakin kecil. Selain itu adanya air tanah tersebut juga dapat meningkatkan bobot isi batuan dengan memberikan sejumlah tambahan berat beban terhadap massa batuan, yang tentunya juga akan mempengaruhi kestabilan lereng. Apabila air tersebut masuk rekahan batuan juga akan mempercepat proses pelapukan batuan yang berarti akan memperlemah
107
kekuatan batuan maupun kekuatan gesernya sehingga secara langsung akan mempengaruhi kestabilan lereng.
3.11. Struktur Geologi
Keadaan struktur geologi yang harus diperhatikan pada analisis kestabilan lereng adalah bidang-bidang lemah seperti bidang kekar, sesar dan bidang perlapisan. Dari data struktur geologi tersebut dapat ditentukan orientasi arah umum bidang-bidang lemah, yang kalau dihubungkan dengan arah kemiringan lereng akan dapat diperkirakan model potensial kelongsoran yang akan terjadi. Jika arah umum kemiringan bidang lemah searah dengan kemiringan lereng dan lebih landai dari kemiringan lereng, maka struktur geologi tersebut mempunyai pengaruh langsung yang lebih besar terhadap stabilitas lereng. Sebaliknya jika arah dan kemiringan lereng berlawanan maka struktur geologi tersebut mempunyai pengaruh langsung yang lebih kecil terhadap stabilitas lereng. (Gambar 4 -18.). Bidang-bidang lemah struktur geologi tersebut juga berfungsi sebagai tempat merembesnya air yang akan mempercepat terjadinya proses pelapukan batuan dan memperlemah kekuatannya.
3.12. Geometri Lereng Geometri lereng adalah parameter antara tinggi (h) dan kemiringan lereng (ψf) baik itu secara individu atau secara keseluruhan dari lereng berjenjang. Kemiringan lereng berjenjang diperoleh dari garis yang menghubungkan batas bawah dengan puncak lereng.( Overall slope). Faktor – faktor luar Faktor luar yang juga berpengaruh terhadap kestabilan lereng adalah beban dinamik akibat alat-alat berat, kegiatan peledakan, gempabumi yang dapat memicu akan terjadinya tanah longsor. Faktor keamanan lereng
108
(a) Kemiringan Struktur geologi
(b) Kemiringan Struktur geologi
searah lereng
berlawanan lereng
(c) Struktur geologi tidak
(d) Tanah, pasir atau material
beraturan
dengan spasi yang rapat lepas lainnya
Gambar 4 -19. Pengaruh struktur geologi terhadap kestabilan lereng
Longsoran suatu lereng umumnya terjadi melalui bidang tertentu yang disebut dengan bidang gelincir. Kestabilan lereng tergantung pada gaya penahan dan gaya penggerak yang bekerja pada bidang gelincir tersebut. Secara sistematis factor keamanan suatu lereng dengan rumus tersebut :
Fk =
Gaya penahan longsor Gaya penyebabkelongsoran
Dengan ketentuan : Fk > 1,0 lereng dalam kondisi stabil
109
Fk < 1,0 lereng tidak stabil Fk = 1,0 lereng dalam kondisi kritis
Namun pada kenyataannya penggunaan parameter kekuatan batuan dalam analisa kestabilan lereng tidak menjamin 100 % kekuatan massa batuan tersebut, sehinga nilai factor keamanan 1,0 dari hasil perhitungan Belem bisa menjamin lereng berada pada kondisi yang stabil. Hal ini disebabkan karena ada beberapa faktor yang mempengaruhi dalam perhitungan faktor keamanan, seperti kekurang telitian dalam pengujian conto di laboratorium, conto batuan belum mewakili keadaan yang sebenarnya di lapangan serta cara mengatasi beban-beban luar yang ada. Untuk itu diperlukan suatu nilai faktor keamanan minimum dengan suatu nilai tertentu yang disarankan sebagai batas faktor keamanan terendah yang masih aman sehingga lereng dapat dinyatakan stabil atau tidak. Faktor keamanan yang direkomendasikan oleh Departemen Pekerjaan Umum 1994, adalah Fk >1,3 untuk lereng tunggal, Fk > 1,5
untuk lereng
keseluruhan.
Tabel 4-6 Nilai faktor keamanan lereng pada berbagai kondisi
No
Ketentuan
Minimum
1
Faktor keamanan lereng umum
1,2 – 1,3
2
Analisis balik longsoran besar
1,1
3
Kondisi geologi yang komplek, 1,3 lapisan tanah/batuan yang lunak, adanya air tanah
4
Kondisi lereng sederhana
1,2
5
Pekerjaan sipil
1,5
Tabel 4-7: Faktor keamanan minimum kemantapan lereng
110
(DPU, 1994)
Resiko*)
Kondisi Bahan
Parameter kuat geser **) Maksimum Teliti Kurang Teliti
Tinggi
Menengah
Rendah
Sisa Teliti Kurang Teliti
Dengan gempa
1,5
1,75
1,35
1,5
Tanpa gempa
1,8
2
1,6
1,8
Dengan gempa
1,3
1,6
1,2
1,4
Tanpa gempa
1,5
1,8
1,35
1,5
Dengan gempa
1,1
1,25
1
1,1
Tanpa gempa
1,25
1,4
1,1
1,2
*)Resiko tinggi apabila konsekuensi terhadap manusia cukup besar, bangunan sangat mahal dan atau sangat penting; Resiko menengah apabila konsekuensi terhadap manusia sedikit, bangunan tidak begitu mahal dan atau tidak begitu penting; Resiko rendah apabila tidak ada konsekuensi terhadap manusia dan bangunan .
**) Kuat geser maksimum adalah harga puncak dan dipakai bila massa tanah atau batuan yang potencial longsor tidak mempunyai bidang discontinuitas dan belum pernah mengalami gerakan; Kuat geser sisa digunakan bila massa tanah / batuan yang potencial longsor mempunyai bidang discontinuitas dan atau pernah bergerak (walaupun tidak mempunyai bidan discontinuitas)
Analisis kestabilan lereng perlu dilakukan sehubungan dengan pemanfaatan suatu daerah dengan adanya bervariasi sudut lereng.
111
Tabel 4 - 8: Penggunaan /aktivitas dan sudut lereng yang optimum PENGGUNAAN/ % SUDUT LERENG AKTIVITAS
0-3
3-5
5-10 10-15 15-30
30-70 >70
+
+
+
+
+
+
+
Rrekreasi umum Bangunan terhitung
+
+
+
+
+
+
+
Jalan urban/Kota
+
+
+
Sistem septik
+
+
Perkotaan
+
+
+
+
Perumahan konvensional
+
+
+
+
Pusat perdagangan
+
+
Jalan raya
+
+
Lapangan terbang
+
Jalan kereta api
+
Jalan lain
+
+
+
+
45%
+
4.13. Mencegah Runtuhnya Sebuah Lereng
Untuk meningkatkan stabilitas lereng ada beberapa cara antara lain : A. Memperkecil Gaya Penggerak/Momen Penggerak. Gaya penggerak dapat diperkecil hanya dengan merubah bentuk lereng yaitu membuat lereng lebih landai, memperkecil ketinggian lereng,, meniadakan beban yang memberati bagian puncak, drainase pipa, pemotongan dinding., menurunkan permukaan air tanah melalui drainasi atau pemompaan. B. Memperbesar Gaya Penahan /Momen Penahan Untuk memperbesar daya penahan dapat dilakukan dengan menerapkan beberapa metode perkuatan tanah diantaranya, menempatkan berat tambahan pada kaki lereng, tembok penahan / dinding penahan tanah.
Penghilangan beban dr tumit lereng
112
Pelandaian lereng
Saluran Sumur pompa
Pengeringan Stabilitasi lereng
Lubang injeksi semen
kekar
Gambar 4 – 20 Cara menstabilkan lereng
1. Dinding Penahan Tanah Berdasarkan cara untuk mencapai stabilitasnya, maka dinding penahan dapat digolongkan beberapa jenis antara lain : a). Dinding gravitasi: biasanya dibuat dari beton murni(tanpa tulangan) atau dari pasangan batu kali. Stabilitas konstruksinya diperoleh hanya mengandalkan berat sendiri konstruksi. b). Dinding penahan Kantilever, dibuat dari beton bertulang yang tersusun dari suatu dinding vertical dan tapak lantai,. Stabilitas konstruksinya diperoleh dari berat sendiri dinding panahan dan berat tanah diatas tumit tapak. Terdapat 3
113
bagian struktur
yang berfungsi sebagai kantilever, yaitu bagian dinding
vertical , tumit tapak dan ujung kaki tapak. c). Dinding Kontrafort, yaitu apabila tekanan tanah aktif pada dinding vertical cukup besar, maka bagian dinding vertical dan tumit
perlu disatukan.
Kontraford berfungsi sebagai pengikat tarik dinding vertical dan ditempatkan pada bagian timbunan dengan interval jarak tertentu. d). Dinding Butters, yaitu dinding seperti kontraford, hanya bedanya bagian kontrafort diletakan di depan dinding vertical . Struktur konstrafort berfungsi memikul tegangan tekan, pada dinding ini bagian tumit lebih pendek dari pada bagian kaki. Stabilitas konstruksi nya di peroleh dari berat dinding penahan dan berat tanah diatas tumit tapak. e). Abutment Jembatan, adalah struktur ini adalah berfungsi seperti dinding2 penahan tanah yang memberikan tahanan horizontal dari tanah timbunan dibelakangnya. Pada bagian perencanaannya, struktur dianggap sebagai balok yang dijepit pada dasar dan di tumpu bebas pada bagian atasnya. f). Box Culvert, yaitu berfungsi sebagai portal kaku tertutup yang dapat menahan tekanan tanah dan beban vertical Untuk memilih jenis dinding penahan tanah, perlu diperhatikan sifat tanah, kondisi lokasi, metoda pelaksanaan dan ketinggian.
C. Jika longsoran dari jenis batu dapat di stabilkan dengan angker(baut angker atau kabel baja) Sebuah angker tidak boleh membuat sudut > 90 dengan bidang gelincir, sehingga foktor keamanan (Fs) dengan angker yang terpasang menjadi : Fs=
tan (W cos K sin( )) W sin K cos( )
K = sudut angker
Penambatan Kekar
-
penambatan batu Angke r
Tumpuan beton
Baut beton
114
Jejala kawat
Pengikat beton
Tembok penahan batu
Beton semprot
Gambar 4 – 21 : Cara penambatan batu 2. Geotektil Geotektil adalah bahan perkuatan tanah yang terbuat dari serat sintetis berbentuk lembaran-lembaran yang disusun secara berlapis=lapis untuk menahan tekanan tanah pada lereng. Geotektil berfungsi sebagai jangkar pengikat dinding muka lereng dan menahan tekanan aktif. Dalam beberapa hal geotektil mempunyai beberapa kelebihan di banding dengan dinding penahan tanah.
3. Tiang pancang Tiang-tiang tersebut dapat berupa turap baja, angkur, niling, pancang beton, kayu dan sebagainya.
4. Grouting Grouting adalah salah satu metoda untuk meningkatkan stabilitas dan daya dukung tanah lereng.
.
115
4.14. Pengenalan Gejala Gerakan Tanah
Gejala adanya gerakan tanah yang perlu diwaspadai adalah : (a). Lereng-lereng rawan longsor( Gambar 4 – 21)
- Lapisan tanah atau batuan yang miring ke arah luar - Tumpukan tanah gembur dan lolos air (lempung pasiran , pasir lempungan dan pasir) - Munculnya rembesan air pada lereng (b). Hujan pemicu longsoran
- hujan deras - Hujan tidak deras tetapi turun terus-menerus hingga malam - Waspadai retakan pada lereng saat atau setelah hujan - Retakan merupakan gejala awal lereng akan longsor (Gambar 4 – 22)
Gambar 4 – 22 Kelabilan lereng
116
Gambar 4 – 23 Foto retakan tanah
Gambar 4 – 24 Foto jalan longsor (c). Jangan lakukan Mendirikan bangunan di atas lereng rawan longsor, Melakukan penggalian di sekitar kaki lereng, mencetak kolam / sawah beririgasi di atas dan pada lereng rawan longsor, aktivitas getaran di sekitar lereng rawan longsor, menebang pohon pada dan sekitar lereng yang rawan longsor,tinggal di bawah lereng rawan longsor saat hujan turun.(Gambar 4 – 25)
Gambar 4 – 25, Jangan lakukan
117
118
(d) . Lakukan tindakan segera
Tutup retakan dengan lempung atau material kedap air, Hindari air meresap ke dalam lereng dan atur draiase lereng : buat paritan air hujan supaya menjauhi lereng, dan tancapkan bambu yang telah dilubangi kedua ujungnya kedalam lereng, Segera lapor ke aparat desa atau kelurahan setempat, Apabila retakan terus berkembang
meskipun
telah
ditutup,
segeralah
mengungsi
saat
hujan
Gambar 4 – 26 : Waspadalah dan tindakan segera
turun.(Gambar 4 -26)
119
(e). Kriteria Tingkat Kerawanan
Tingkat kerawanan dapat dibagi 5 yaitu: Sangat rawan, Rawan, Menengah, Rendah dan Aman. Kriterianya berdasarkan kemiringan sudut lereng batuan terkena struktur dan ketebalan tanah. Secara rinci dapat dilihat pada table 4 – 9, dibawah ini dan
Tabel 4 - 9: Zona Kerawanan Terhadap Bencana Longsor
TING KAT KERAWA
KRITERIA
SARAN PEMANFAATAN LAHAN
N AN
Sangat rawan
1.
Tingkat kerawanan
Tidak disarankan untuk pemukiman, akan
sangat tinggi,
tetapi dengan persyaratan khusus dapat
Perkampungan terancam
untuk pemukiman. Syaratnya telah
longsoran, kemiringan
dilakukan penelitian mengenal daya
lereng > 30º – 50º.
dukung dan kestabilan lereng tanah, jenis
Batuan terpotong-potong
konstruksi, pola drainase, pola terasering
oleh struktur kekar dan
dan pola tanam. Disarankan untuk
patahan. Ketebalan tanah
ditanami tanaman budidaya atau untuk
> 4 m. Sudah terjadi
dihutankan (pilih jenis tanaman yang
retakan tanah dan
berakar tunggang dan ringan, dengan jarak
longsoran di beberapa
tanam antar pohon lebih dari 10 m, disela-
titik
selanya ditanami rumput atau tanaman budidaya yang pendek dan berakar tunggang), hindari penggalian serta pencetakan ladang dan sawah pada lereng.
120
Rawan
2.
Tingkat kerawanan
Tidak layak untuk pemukiman. Pada
tinggi. Hutan campuran,
lereng perlu ditanami dengan tanaman
kebun dan ladang
penguat(tanaman kayu ringan yang berakar
terancam longsor.
tunggang dengan jarak tanaman antar
Keriringan lereng lebih
pohon lebih dari 10 m, disela-selanya
dari 45º dan batuan
ditanami rumput atau tanaman budidaya
banyak terpotong-potong
yang pendek). Hindari penggalian serta
oleh stuktur patahan dan
pencetakan ladang dan sawah.
kekar. Sudah terjadi retakan tanah dan longsoran di beberapa titik
Menengah
3.
Tingkat kerawanan
Dapat digunakan sebagai pemukiman
menengah,
dengan syarat telah dilakukan penelitian
perkampungan terancam
mengenal daya dukung tanah dan
longsor, terdapat di
kestabilan lereng, jenis konstruksi dan pola
daerah dengan
drainase, pola terasering dan pola tanam
kemiringan lereng 20º –
pada lereng. Layak untuk lahan pertanian
50º dengan ketebalan
dan perkebunan, dapat untuk pemukiman
tanah > 4 m dan belum
dengan konstruksi ringan (kayu/bambu);
banyak ditemukan titik
perlu dibuat drainase untuk mengeringkan
longsor.
air saat hujan (berupa parit di bagian atas lereng, serta berupa bambu-bambu yang dilubangi dan ditancapkan pada bagian bawah lereng, untuk menguras air hujan yang meresap ke dalam lereng dan menyalurkan air tersebut ke jalan air/lembah terdekat) ; disarankan dibuat teras-teras pada lereng dengan perbandingan tinggi dan lebar teras 1 : 2.
121
Rendah
4.
Tingkat kerawanan
Layak untuk hutan, cukup layak untuk
rendah dengan potensi
kebun dan ladang, cukup layak huni,
longsoran kecil.
dengan syarat dibuat drainase untuk
Kemiringan lereng lebih
mengeringkan lereng saat hujan(parit pada
dari 45 , tetapi kondisi
permukaan dan bambu yang dilubangi
batuan stabil dan tidak
pada lereng) dan dibuat teras-teras pada
terpotong oleh struktur
lereng.
patahan atau kekar, lapisan tanah penutup kurang dari 1 m.
Aman
5.
Ancaman longsor sangat
Layak huni dan untuk lahan pertanian;
kecil.
perlu dibuat drainase untuk menyalurkan air limpasan dari atas ke arah sungai; perlu penghijauan.
4-15. Analisis Karakteristik Medan
Analisis karakteristik medan yang mempunyai pengaruh terhadap terjadinya tanah longsor dilakukan dengan pengharkatan dan pembobotan pada setiap variabel medan yang meliputi tektur dan ketebalan solum tanah, tingkat pelapukan batuan, struktur perlapisan batuan, Struktur geologi sesar, kemiringan lereng, drainase, stabilitas lereng, penggunaan lahan dan kerapatan vegetasi(Tabel 4 -10). Penentuan interval klas kerawanan tanah longsor
ditentukan berdasarkan
perhitungan jumlah nilai maksimal dikurangi jumlah nilai minimal skor dibagi jumlah klas. Ada tiga klas yang digunakan yaitu klas rendah, sedang dan tinggi (Tabel 4-11).
122
Tabel 4 -10 Pembobotan parameter pengaruh tanah longsor Faktor Pengaruh
Skor
Skor
mak
Min
Proses
50
10
2 Lereng
Kemiringan lereng
50
10
3 Geologi
Tingkat pelapukan batuan
5
1
Struktur perlapisan batuan
5
1
Struktur geologi sesar*
50
10
Ketebalan solum tanah
5
1
Tektur tanah
5
1
Drainase
5
1
Stabilitas
5
1
Penggunaan lahan
5
1
Kerapatan vegetasi
5
1
190
38
No 1 Bentuk lahan
4 Tanah
5 Lahan
Parameter Pengaruh
N
Bobot
Jumlah
*Sukartono 2004 modifikasi PSBA UGM, 2001
Tabel 4-11 Klas kerawanan tanah longsor
No
Interval Total Kriteria Kerawanan
Klas
Skor 1
28 – 65
Rendah
1
2
66 – 102
Sedang
2
3
103 - 140
Tinggi
3
Sumber : Analisis PSBA UGM 2001
Analisis resiko didasarkan pada kombinasi antara tingkat kerawanan tanah longsor dan jumlah kerugian yang ditimbulkan. Tingkat kerugian dihitung berdasarkan nilai ekonomi serta perkiraan jiwa teramcam. Tingkat resiko dalam penelitian ini di titik beratkan pada jumlah jiwa terancam dan dihitung berdasar
123
rata-rata kepadatan penduduk
pada area pemukiman di suatu desa dikalikan
indeks kerawanan (Tabel 4-12).
Tabel 4 -12: Indeks kerawanan tanah longsor
No
1
Tingkat
Indeks
Kerawanan
Kerawanan
Rendah
0
Penjelasan Daerah aman ancaman korban jiwa tidak ada
2
Sedang
0.5
Daerah kurang aman, potensi terhadap ancaman korban jiwa
3
Tinggi
1
Daerah tidak aman, ancaman korban jiwa tinggi
Sumber : Analisis PSBA UGM 2001
Klasifikasi risiko tanah longsor dilakukan sebagaimana terlihat dalam Tabel (4-13). Dari kondisi geologi dapat diketahui sebaran macam satuan geologi teknik (batuan dan tanah), analisis saringan maupun tebal tanah yang ditunjukkan pada penampang geologi teknik maupun sifat karakteristik dan keteknikan (Gambar 4 – 21). Tabel 4 - 13: Kriteria tingkat resiko akibat tanah longsor TTingkat No Jumlah jiwa yang Resiko terancam 1
Tanpa
Rendah
2
1 – 10
Sedang
3
> 10
Tinggi Sumber : Analisis PSBA UGM 2001
Pembobotan klas kerawanan dari faktor-faktor pengaruh terjadinya gerakan tanah, dimasukkan dalam Tabel pembobotan, maka akan dibuat dibuat Peta
124
kerentanan gerakan tanah dengan 6 zona kondisi geologi disusun dari atas stabil dan kebawah makin tidak setabil(Gambar 4 – 27) maupun secara sederhana dibuat 3 zona kerentanan gerakan tanah dengan warna hijau tingkat kerawanan rendah berarti aman, kuning tingkat kerawanan sedang untuk hati-hati dan merah tingkat kerawanan tinggi berarti perlu diwaspadai atau termasuk bahaya bila ada hujan lebat/tidak reda selama 3 hari.(Gambar 4 – 28) dan diskripsi lengkap pada tabel
Gambar 4 – 27: Peta Zona kerentanan gerakan tanah(Barbara, 1996)
keterangan (Tabel 4 – 14).
Gambar 4 – 28, Peta kerentanan gerakan tanah
125
126
NAN
KERENTA
ZONA RENDAH
SIMBOL NO
Tabel 4 – 14 : Keterangan peta zona kerentanan gerakan tanah
DISKRIPSI
Daerah ini mempunyai tingkat kerentanan rendah untuk terjadinya gerakan tanah, sehingga jarang terjadi adanya gerakan tanah. Bahkan bila kondisi kelerengan diganggu tidak akan membentuk gerakan tanah, karena tanah di daerah ini umumnya telah teguh. Gerakan tanah yang terjadi dijumpai di lereng-lereng sungai karena adanya gerusan aliran air sungai. Tebal tanah berkisar 0,2 – 4 m. Terdapat pada daerah datar sampai terjal, lereng umunya berkisar antara 5 % s/d 15 %, di lembah sungai bagian atas kadang lereng
1
sampai Plosan > 50 %, wilayahnya meliputi Durendoyong Desa Blimbing
Batuan terdiri dari endapan pasir, tuf, tuf pasiran kadang dari Formasi Halang.. Lahan umumnya digunakan sebagai sawah, tegalan dan pemukiman
127
MENENGAH
Daerah ini mempunyai tingkat kerentanan menengah untuk terjadinya gerakan tanah, sehingga kadang-kadang terjadi adanya gerakan tanah, bila kondisi kelerengan diganggu, Karena tanah di daerah ini umumnya sebagian masih merupakan tanah lepas-lepas yang menumpang di batuan dasarnya. Gerakan tanah dijumpai di lereng-lereng yang terjal dan mengarah ke lembah sungai. Penyebab gerakan tanah di zona ini umumnya disebakan oleh kondisi tanah yang belum teguh, kelerengan tinggi, dan arus air yang deras pada musim penghujan. Tebal tanah berkisar antara 0,5 – 5 m. Terdapat pada daerah bergelombang sampai terjal, lereng umumnya
2
berkisar antara 30-50 % s/d >70 %, di lembah sungai, wilayahnya meliputi Juru tengah, Pucung, Kebonsaak, Doglek, Pangepon, Sebrang Kulon, Bruno Kulon, Sabrang Wetan, G. Sipatok.
Batuan terdiri dari breksi andesit dengan disipan tuf pasiran, dari Formasi Penaron. Lahan umumnya digunakan sebagai tegalan hutan sejenis, dan pemukiman
TINGGI
Daerah ini mempunyai tingkat kerentanan tinggi untuk terjadinya gerakan tanah, sehingga sering terjadi adanya gerakan tanah. Gerakan tanah lama maupun baru akan sering terjadi. Faktor penyebab gerakan tanah di daerah ini karena kondisi batuan terpotong-potong sesar, kekar, tanah lapuk yang menumpang di batuan segar, kelerengan terjal dan sebagian terjadi karena adanya pengundulan hutan. Tebal tanah berkisar 0,3 – 2 m. Terdapat pada daerah bergelombang sampai terjal, lereng umumnya
3
berkisar antara 50-70 % s/d >70 %, di lembah sungai, wilayahnya meliputi Sembir, Brondong, Bruno wetan, kkota kecamatan Bruno, G. Wayang lor, Kalibade, G. tanggul asih, Desa Brunosari, ngabean, pakisarum, keniten.
Batuan terdiri dari breksi andesit dengan disipan tuf pasiran, dari Formasi Penaron. Lahan umumnya digunakan sebagai tegalan hutan sejenis, dan pemukiman
128
BAB V KONSTRUKSI BANGUNAN TEKNIK Batuan merupakan syarat yang penting untuk memperkuat bangunan teknik, karena dapat berfungsi sebagai lapisan pelindung bangunan tanah, penutup dari dinding bangunan, dasar landasan lapangan udara dan jalan, agregat beton dll. Beberapa hal yang mempengaruhi batuan sebagai dasar pondasi bangunan memjadi kurang baik yaitu akibat pengrusakan secara kimia atau fisik seperti: pelarutan, pelapukan, erosi, denudasi.
5.1. Tanah Syarat kondisi tanah untuk bangunan teknik misalnya sebagai inti bendungan atau dasar pondasi as dam yaitu setelah mengalami prooses pemadatan sehingga bersifat keras, kompak dan padat, kekuatan tekan tinggi, tidak mudah mengalami pengembangan dan tidak lolos air. Kondisi tanah yang memenuhi syarat dan sifatsifat tersebut dapat dicapai apabila mempunyai gradasi baik dengan lempung – pasir – krikil, pemadatan dengan baik dan bukan dari jenis lempung montmorilonit.
5.2. Batuan Kondisi batuan sebagai syarat utama untuk pilar, pondasi, bahan bangunan, harus mempunyai daya dukung dan kekuatan besar terhadap pengaruh luar seperti tekanan luar, cuaca, kikisan air atau gelombang, pengrusakan oleh kimia dan fisik ialah :
jaringan tektur granular
berbutir mineral sedang sampai halus
terdiri dari mineral keras
sementasi kuat
batuan segar
129
struktur masif(tidak berlapis, tidak retak dan tidak berpori)
tidak mengandung kaca
tidak mengadung banyak zat organik
Batuan keras atau sangat keras dan tidak mengalami pengembangan
Derajat pelarutan dan permeabilitas terhadap air kecil. Pada daerah rencana bangunan teknik tidak selalu dijumpai dalam kondisi alam yang cukup baik, maka perlu dilakukan perbaikan-perbaikan pondasi. Beberapa metode yang efektif untuk perbaikan pondasi pada batuan yang berpori besar, yaitu :
dikupas diganti dengan tanah yang dipadatkan Dilakukan grouting (Injeksi air semen) Memasang selimut (Blanket) Membuat bangunan tambahan.
5.3. Pembebanan Terhadap Bawah Tanah (a). Beban Statis Proyek-proyek sipil dapat dibagi dalam proyek konstruksi ringan (gedung bertingkat sampi 3, toko kecil dan bangunan kantor) dan berat (bangunan komplek industri, bendungan, pelabuhan). Massa tanah yang akan dibebani pondasi hendaknya memiliki sifat-sifat yang sedemikian rupa sehingga proyek bersangkutan dapat dibangun dengan aman dan ekonomis dan struktur yang dihasilkan dapat berfungsi sebagai mana yang diharapkan. Sebuah bangunan akan menimbulkan sebuah beban tertentu terhadap bawah tanah dan volume tanah tertentu akan mengalami tegangan tergantung dari beban pikul dan luas pondasinya. Pada tekanan sama, berlaku keadaan dimana semakin besar bidang pondasi, semakin dalam pula zona tanah yang menerima tegangan dan semakin berkurang sejalan dengan besarnya jarak sampai pada pondasi.(Gb.5 - 1). Akibat dari terjadingnya tegangan di dalam bawah tanah, maka akan timbul suatu deformasi(perubahan bentuk) dan akan mengakibatkan penurunan (settlement) tertentu terhadap bangunan yang bersangkutan. Besarnya penurunan maksimal yang dialami sebesar beban pikul.
130
ton/ft2
4 3 2 1
Gambar .5 - 1 : Distribusi tegangan di bawah pondasi
Pengertian beban pikul maksimal adalah tekanan yang dilakukan oleh pondasi banguanan tersebut terhadap massa tanah, yang mengakibatkan penurunan dalam batas-batas yang masih dapat diterima. Apabila susunan bawah tanahnya seragam, akan terjadi penurunan yang seragam atau normal, sedangkan pada susunan tanah yang berada dibawah banguan ternyata bervariasi, terdapat kemungkinan terjadinya suatu penurunan differensial , dimana penurunan akan terjadi bervariasi di sepanjang banguan tersebut. Apabila sebuah beban ternyata terlampau besar bagi tanah, maka tanah bisa kehilangan ketahanannya. Daya dukung maksimal (daya pikul) adalah tekanan maksimal yang dapat ditahan oleh massa tanah tanpa kehilangan ketahananya. Daya dukung awan(safe bearing capacity) adalah gaya pikul maksimal dibagi suatu faktor aman. Karena itu untuk suatu material geologis tercapainya kekuatan dan perilaku deformsi dapat diketahui, sehingga dapat diperkirakan gaya pikul yang aman berupa angka-angka (Tabel 5 – 1). Tergantung keadaan gelogis , suatu pondasi diletakkan : Bangunan dapat langsung didirikan diatas batuan, tapi perlu diperhatikan jenis batuan yang peka terhadap proses pelapukan(lempung, skis, serpih) dan
131
umumnya sejumlah konstruksi yang dibangun di atas batuan ambruk karena akibat dari berbagai gerak pada patahan, kekar, oleh karena itu kita harus orientasi gaya geser dan kemungkinan terjadinya tekanan air di sepanjang suatu diskontinuitas. Beban bangunan dialihkan pada batuan yang terletak di kedalaman tertentu(maks 75 m), biasanya dipasang pondasi tiang pancang.
s
Jeni
Tabel 5 - 1: Gaya pikul yang aman dari tanah dan batuan(Verhoef, 1989) Diskripsi batuan /tanah
Batuan
Batuan beku kuat Batuan kapur kuat dan batupasir
4.000
Skis dan batu sabak
3.000
Batuan lanau kuat /batulempung dan batupasir lunak
2.000
Batuan lanau lunak atau batulempung Kapur kuat dan kapur lunak Kerikil rapat atau pasir/kerikil Kerikil cukup rapat atau pasir/kerikil Kerikil lepas atau pasir/kerikil Pasir rapat Tanah
Daya dukung (kPa) 10.000
Pasir cukup rapat Pasir lepas Lempung sangat kaku atau keras Lempung kaku Lempung kokoh Lempung lunak gambut dan sebagainya
600-1.000 600 >600 200-600 <200 >300 100-300 >100 300-600 150-300 75-130 <75
Pondasi harus dipasang di atas tanah, karena batuan terletak terlelu dalam. Kondisi bawah tanah diketahui dengan penelitian lapanggan cara mekanika tanah dengan bantuan alat sondir, pemboran dan lainnya. Umumnya pondasi yang dipakai pada lapisan-lapisan yang tidak terkonsolidasi oleh konstruksi
132
sebuah balok atau pondasi pelat dan pondasi diatas tiang-tiang dimana struktur dipikul oleh lapisan kokoh pada kaki tiang atau rekatan antara tiang dan tanah sekelilingnya.
(b). Beban Dinamis Yang dimaksud beban dinamis adalah sejumlah getaran yang ditimbulkan oleh mesin-mesin, arus lalulintas, gempa bumi dll. Jenis gempa bumi adalah yang paling sering menimbulkan kerusakan, terutama disebabkan oleh gerakan patahan di dalam kulit bumi(Subduksi lempeng). Gerakan ini berlangsung tidak secara beraturan, melainkan menghentak-hentak(stick slip). Hubungan antara proses teknis proses alam terhadap kemungkinan keberhasilan dengan pembebanan peniadaan penopang dan perubahan permukaan zat cair dapat digambarkan seperti tabel 5 – 2 beban statis dan dinamis
5.4. Pondasi Pondasi adalah sebagian bangunan bawah tanah dan daerah tanah/batuan yang berdekatan yang akan dipengaruhi kedua elemen bagian bangunan bawah tanah maupun beban-bebannya. Seorang ahli pondasi harus memikirkan bagianbagian konstruksi yang mempengaruhi pemindahan beban dari bagian bangunan atas tanah ke tanah sehingga stabilitas tanah yang dihasilkan dan deformasi yang diperkirakan masih dapat di ijinkan . Beberapa pertimbangan praktis tentang pengetahuan teknik pondasi: - Intergrasi visuil dari bukti geologis disuatu tempat dengan suatu data pengujian lapangan yang memadai dan program pengujian laboratorium - Menetapkan eksplorasi lapangan yang memadai dan program pengujian laboratorium - Merencanakan elemen-elemen bagian bangunan supaya dapat dibangun se ekonomis mungkin
133
- Pengetahuan akan metode konstruksi praktis dan toleransi konstruksi yang kemungkinan besar akan didapatkan. (a). Perencanaan Pondasi Pada umumnya pondasi bangunan dapat dibagi dalam 3 golongan utama, yaitu Pondasi langsung dan pondasi plat, Pondasi tiang dan Pondasi sumuran. 1. Pondasi langsung dan pondasi plat
Pondasi langsung ini perlu mencari daya dukung baik pada lempung maupun pasir. Cara menentukan daya dukung lempung serta cara penghitungan penurunan pondasi pada pondasi diatas lempung. Tabel 5 – 2 beban statis dan dinamis
134
Dengan mengam,bil contoh lempung tidak terganggu untuk percobaan Undrained compression untuk mendapatkan kekuatan gesernya. Nilai kekuatan geser adalah untuk menentukan daya dukung sampai sedalam 2 kali lebar pondasi, sedangkan faktor keamanan sebaiknya diambil paling sedikit 3. Pondasi diatas pasir pengambilan contoh asli adalah untuk pengukuran kohesi (c) dan sudut geser dalam (
) untuk dimasukkan dalam rumus Terzaghi, tetapi pengambilan contoh pasir asli sangat sulit, maka dengan SPT/sondir akan mendapatkan nilai daya dukung pasir. Data tersebut dimasukkan pada tabel tekanan tanah pada pondasi diatas pasir akan ketemu nilai tekanan tanah yang diperbolehkan. Pomdasi plat diperlukan apabila luas pondasi melebihi luas bangunan, hal ini dilakukan untuk daerah yang mempunyai kondisi tidak seragam, sehingga akan lebih dapat bertahan terhadap kemungkinan terjadi penurunan. Pondasi plat diatas pasir umumnya akan mengalami penurunan kurang lebih sama untuk dimanamana baik di pinggir maupun di tengah, sedangkan untuk lempung penurunan ditengah akan lebih besar bila di banding dengan di pinggir.
2. Pondasi Tiang
Pondasi tiang ini dilakukan apabila lapisan – lapisan di bagian atas dari tanah lembek, sehingga tidak cukup kuat untuk memikul bangunan dengan memakai pondasi langsung maupun plat. Tiang yang telah dipersiapkan terlebih dahulu di masukkan sampai lapisan keras dengan mesin pemancang, sehingga beban bangunan tertumpu pada ujung tiang ini pada lapisan keras. 3. Pondasi Sumuran
135
Pondasi sumuran ini dilakukan apabila lapisan keras tidak dalam, sehingga pelaksanaannya lebih mudah dari pada tiang pancang. Dengan cara membuat sumur sampai kedalaman tertentu untuk mendapatkan lapisan keras, kemudian lubang ini diisi kembali dengan beton bertulang. Biasanya diameter sumur paling sedikit 80 cm. Istilah : - Batu lunak, adalah batu yang mudah digali dengan alat tangan, juga pecahan batu yang dapat dipatahkan dengan tangan, batuan ini biasa disebut cadas, padas dan batu yang mengandung banyak retakan. - Batu sedang, dimaksutkan untuk batu yang sifatnya antara lunak dan keras . penggalian batu ini dengan alat tangan sudah sukar, tetapi mudah dihancurkan dengan palu. - Batu keras adalah batu yang hanya dapat digali dengan bahan peledak, dan tidak ada retakan
(b). Macam-Macam Tipe Pondasi Beberapa tipe bangunan diharapkan dapat mendapatkan pondasi yang stabil dan kuat, sehingga diperlukan konsultan ahli geologi, untuk mendapatkan rekomendasi tumpuan batuan dasar pondasi yang kuat dengan pengupasan tanah penutup atau diperlukan tiang pancang sampai kedalaman tertentu untuk mencapai batuan keras. (Gambar 5-2), sehingga tidak terjadi kerusakan dasar pondasi seperti retakkan, hancuran, ambles dll.(Gambar 5-3), beberapa saran perbaikan batuan dasar pondasi dengan grouting(Rongga, kekar)(Gambar.5-4), kalau perlu dilakukan perbaikan dasar pondasi dengan Grouting, lubang cor beton, pasang angkur dll.
Gambar 5 – 2 Tipe pondasi batu. (a) Kaki bertumpu diatas batu. (b) Akhir tumpuan diatas batu. (c) Tiang pancang masuk dalam batu 136
Gambar 5 – 3 : Beberapa model tumpuan pondasi salah (a-c) Pembangunan pada pondasi batu yang hancur, rekah. (d) Terjadi dasar pondasi Turín. (e) Terjadi pergeseran dasar pondasi.
137
Gambar 5 – 4 Beberapa pondasi khusus. (a) Injeksi semen. (b) Pilar lubang kebawah,untuk mencegah longsor. (c) Angkur dalam.
138
BAB VI BENDUNGAN DAN GROUTING
6.1. BENDUNGAN Bendungan adalah suatu bangunan melintang sungai yang dipakai untuk memenuhi salah satu atau lebih tujuan seperti : irigasi, PLTA, pengendalian banjir, air minum & industri, obyek pariwisata, olah raga, perikanan dll. Bangunan bendungan adalah suatu massa material dalam jumlah besar diatas sebuah tempat yang luasnya terbatas, sehingga akan terjadi tekanan beban yang sangat besar terhadap bawah tanah. Sebuah bendungan selalu dibangun di sebuah lembah dan dampak destrutif dari air dalam sediment terhadap pondasi/bendungan, akan mengakibatkan erosi, kebocoran, bahkan dapat terjadi runtuhnya bangunan tersebut. Bendungan dapat di klasifikasikan sebagai sebuah struktur yang menyangga sebuah sedimen yang kedap air yang berfunsi untuk mempertahankan tinggi muka air. Bendungan dapat dibagi menjadi beberapa tipe antara lain berdasarkan : 1. Ukuran a. Bendungan besar(tingginya > 10 m, panjang > 500 m, kapasitas > 1 juta m3 dan debit banjir maks > 2000 m3/det. b. Bendungan kecil (tidak termasuk kriteria a) 2. Tujuan Pembangunan a.
Tunggal, misalnya hanya untuk PLTA
b. Serbaguna (beberapa tujuan : PLTA, irigasi, pariwisata , air minum dll.) 3. Penggunaannya a.
Waduk (menyimpan air)
b. Pembelok air(agar permukaan air lebih tinggi sehingga dapat mengalir kedalam saluran irigasi/air) c.
Memperlambat jalannya air (mencegah terjadinya banjir)
139
4. Jalannya air a.
Bangunan pelimpah
b. Menahan air(pengendalian banjir, air minum & industri, lingkungan). 5. Konstruksi a. Bendungan Urugan(homogen, ber-lapis2, batu degan lap.kedap air didepan) b. Bendungan Beton(gravity dams, Buttress dams, arch dams, mix type dams) c.
Bendungan kayu, besi, pasangan batu.
6. Fungsinya a.
Bendungan Pengelak pendahuluan & Pengelak(Coffer Dams)
b. Bendungan Utama (Main Dams) c.
Bendungan Sisi ( High Level Dams)
d. Bendungan Sadel (Saddle Dams) e.
Tanggul (Dyke, Levee)
f. Bendungan Limbah Industri(Tailing Dams) Sebuah bendungan menuntut sejumlah persyaratan khusus terhadap pondasi dan bagian bahu (abutments). Bendungan Urugan dibangun pada tempat-tempat yang bawah tanahnya dapat mengalami penurunan yang sangat besar atau deferensial. Bendungan urugan bersifat fleksibel dan bisa mengalami deformasi tanpa patah. Bendungan beton adalah struktur-struktur besar yang membalikan gaya momen dan gaya geser. Pondasi yang terbuat dari batuan harus berada maksimal 10 meter dibawah permukaan tanah. Sumbu sebuah bendunan dapat berbentuk lurus atau sedikit melengkung ke arah hulu. Sebuah bendungan dari jenis penopang terdiri dari suatu lapisan penutup dari beton bertulang yang melereng ke arah hulu. Pondasinya diperlukan batuan berkualitas baik (batuan beku daya pikul minimal 2-3 Mpa). Faktor-faktor geologis yang berpengaruh terhadap rencana bendungan urugan adalah :
140
-
kekuatan dan permeabilitas dari kontak antara bendungan dan pondasi
-
kekuatan , kompresibilitas dan permeabilitas dari massa tanah pondasi
-
berbagai sifat fisis dari material diding bahu
-
kesediaan, kegunaan dan biaya transportasi material untuk konstruksi. Faktor-faktor geologis yang menentukan pilihan suatu bendungan tipe beton adalah:
- Pondasi dan dinding bahu harus berkualitas baik. - Massa pondasi harus mampu menahan tegangan geser dan tidak menunjukkan penurunan deferensial. - Material batuan didalam massa tanah harus tahan terhadap pelapukan, erosi & pelarutan. - Batuan ditempat pembangunan harus kedap air, baik untuk bangunan berbagai fasilitas.(terwongan, pelimpah dll).
Berbagai gaya yang bekerja terhadap sebuah bendungan adalah :
1. Gaya statis a. Vertikal : massa bendungan, air& sedimen dan gaya keatas bawah air b. Horizontal : tekanan lateral air + 140ediment, tekanan pori-pori.
2. Gaya dinamis : Aksi gelombang oleh air di dalam reservoir, banjir, goncangan oleh gempa. Jarang sebuah bendungan jebol karena kesalahan konstruksi, biasanya masalahnya terletak dalam situasi gelogis. - Bendungan beton dapat menggelincir di sambungan antara bendungan dengan pondasi atau antara beton dengan batuan kurang baik. Pencegahannya: permukaan batuan dibuat kasar, pengankeran pada bagian-bagian yang kurang stabil pada bawah tanah yang stabil. - Air sering mengakibatkan gaya angkat, pemusatan tekanan di dalam beberapa diskontinuitas yang orientasinya tidak menguntungkan. Pencegahannya : Grouting semen, mengeringkan lubang-lubang.
141
6.2. GROUTING Batuan merupakan syarat penting untuk memperkuat pondasi suatu bangunan teknik, karena dapat berfungsi sebagai lapisan pelindung bendungan tanah, penutup dari dinding bangunan, dasar lapangan udara dan jalan, agregat beton dll. Beberapa hal yang dapat mengakibatkan batuan tersebut menjadi kurang baik sebagai pondasi karena adanya proses alam secara fisik maupun kimia. Kalau persyaratan lainnya memenuhi untuk didirikan suatu bangunan teknik, tetapi kondisi batuan kurang baik, maka dapat dilakukan perbaikan pondasi bendung (Gambar 6-1) dengan metode injeksi air sement (Gambar 6-2) Menurut jenisnya cairan grouting yang dipakai terdiri dari : 1.
Cement grouting
2.
Mortar grouting
3.
Chemical grouting
4.
Aspal grouting
Istilah dalam pelaksanaan grouting 1. Grout adalah campuran semen dengan air yang diinjeksikan kedalam batuan agar terjadi penggabungan antara agregat butiran tanah dan batuan hingga struktur dan tektur batuan menjadi stabil, keras, padat, kekuatan tekan tinggi dan mengurangi permeabilitas batuan dalam pondasi. 2. Section adalah bagian dari contoh perbaikan grouting sampai seluruh kedalaman perbaikan batuan. 3. Zone adalah suatu bagian dari kedalaman dalam pelaksanaan grouting pressure untuk perbaikan pondasi. Kadang-kadang dalam satu lubang bor digunakan satu zona atau lebih. 4. Stage adalah batas kedalaman tertentu dari lubang bor untuk menginjeksi cairan semen dan air ke dalam tubuh batuan. Berdasarkan macam tujuan dan kegunaannya cairan grouting terdiri dari atas :
142
1. Curtain grouting (Grouting tirai) adalah bertujuan membentuk dinding atau tirai yang kedap air di dalam tubuh batuan dan berfungsi sebagai pondasi umumnya sebuah bendungan agar dapat menahan tekanan dan rembesan air, memperkuat dasar pondasi bendungan. 2. Backfill grouting bertujuan mengisi rongga-rongga diantara formasi batuan dengan beton, seperti yang terdapat dalam pembuatan terowongan dan lainnya. 3. Blanket grouting bertujuan untuk membuat lapisan batuan menjadi kedap air sehingga lapisan batuan yang terdapat di bawahnya dapat terhindar atau terlindung dari rembesan dan bcoran air. 4. Contact grouting adalah bertujuan mengisi rongga antara beton dengan batuan(terowongan). 5. Consolidation grouting bertujuan menambah kapasitas daya tahan batuan terhadap beban di atasnya. 6. Pype system grouting bertujuan menyubat sistem rangkaian pipa yang digunakan untuk pendingin conrete atau sistem pipa yang di pasang pada concrete yang digunakan untuk contack grouting. 7. Rimb grouting bertujuan untuk membuat dinding kedap air yang berada di kanan dan kiri tubuh bendungan. 8. Clas grouting bertujuan untuk menutup batuan dasar pondasi yang berupa batulempung agar terhindar dari pengaruh cuaca. Beberapa cara perbaikan dasar pondasi bendungan yang relatif murah dan baik, apabila batuan dasar terdiri dari batupasir berpori besar adalah dengan beberapa cara untuk mengatasi antara lain :
Campuran Grouting Banyak material yang dapat digunakan campuran grout, untuk mendapatkan cairan grouting yang sesuai dengan sifat-sifat yang dikehendaki. Maksud penambahan material seperti : bentonit, rockflour, alluminium powder, Calsium klorida kedalam semen grouting sebetulnya adalah menambah biaya grouting, akan tetapi hasil yang dicapai jauh lebih baik, karena dalam beberapa hal
143
seperti adanya struktur di dalam tubuh batuan yang tidak dapat di injeksi dengan hanya memakai semen grouting. Disamping itu biaya yang dikeluarkan dengan hasil yang dicapai masih menguntungkan. Fungsi masing-masing material adalah : 1. Mempercepat terjadinya pembekuan (Calsium Klorida, Lumnite) 2. Melumasi (lumbrikan) biasanya ditambah rockflour. 3. Penghambat (retarders) atau memperlambat(setting time) dengan campuran : rockflour, sdium tannate, gipsum. 4. Menambah kekentalan atau mengurangi penyusutan.adalah ditambah aluminium powder. Curtain grouting
As Dam
Di kupas
1. Dikupas diganti tanah yang dipadatkan
2. Dilakukan Grouting sepanjang As Dam
Blanket grout
berm
3. Memasang selimut pada bagian hulu (Up stream blanket)
4. Bangunan tambahan dibagian hilir (Down stream berm)
Gambar 6 – 1: Perbaikan Bendung
144
Gambar 6 – 2, Pelaksanaan Grouting
145
BAB VII MATERIAL GEOLOGI DAN PELEDAKAN
Material geologi dapat dikelompokkan menjadi 2 (dua) jenis jaitu: material tanah dan material batu:
7.1. Material Tanah Faktor-faktor eksplorasi tanah ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, antara lain: 1. Keperluan menggunakan tanah yang tersisa sebagai tempat konstruksi (Perkotaan) 2. Keperluan memakai tanah yang telah di reklamasi (gali urug) 3.
Syarat-syarat peraturan bangunan setempat
4. Kemungkinan adanya tuntutan hukum(Kehancuran bangunan akibat penurunan pondasi).
Penyelidikan lapangan meliputi, - Pemetaan rinci berdasarkan kenampakan fisik tanah, warna dan komposisi tanah. - Tespit / parit uji di beberapa tempat, untuk mengetahui struktur tanah dan ketebalan yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan. Di beberapa lapisan tanah yang berbeda diambil contoh asli (undisturbed )di ambil dengan tabung, alat pengambil contoh piston/kertas logam untuk mengetahui sifat-sifat teknis tanah, analisis kekuatan, stabilitas dan studi aliran air. sedangkan contoh tanah (disturbed) dapat diperoleh antara lain dari operasi sekop/garpu, pemotongan dengan auger dan uji penetrasi untuk di lakukan uji laboratorium mekanika tanah. - Pemboran tangan, juga perlu untuk mengetahui kedalaman tanah dan juga dapat dilakukan pengambilan contoh tanah tidak terganggu.
7.2. Material Batu Material batu untuk kepentingan banguan diperlukan data sifat-sifat batuan, antara lain: porositas, kerapatan, kekuatan dan ketahanan. Beberapa uji material batu antara lain: 1. Uji kuat tekan berporos tunggal(Gambar 7- 1). Kegunaannya untuk mengetahui nilai kekuatan batu. Pelaksanaannya: - siapkan contoh inti pemboran batuan ( P : Ф = 2 : 1), datar di ke 2 ujungnya - letakan contoh dalam bangku tekan - ditekan perlahan lahan sampai contoh hancur
146
- catat nilai pengukuran beban(arloji pembebanan)
Tabel 7-1 Kuat tekan(u.c.s), Klasifikasi Deere Kelas
u.c.s.(Mpa)
Skala kekuatan
A
200
Luar biasa kuat
B
100 – 200
Sangat kuat
C
50 – 100
Kuat
D
25 – 50
Cukup kuat
E
< 25
Lemah
2. Uji Tumbukan Palu Sifat material batu dapat diketahui dengan uji lapangan dengan cara sederhana yaitu dengan metode uji tumbukan palu, menghubungkan suara, pantulan, dan kemungkinan tapak tumbukan palu dengan kekuatan material. Dengan latihan dan dibandingkan dengan kekuatan kuat tekan, maka dapat diperoleh sebuah gambaran yang lengkap tentang suatu material.(Tabel 7 – 3)
147
Gambar 7- 1: Kuat tekan berporos tunggal Tabel 7-2. nilai-nilai u.c.s. untuk batuan alam dan beton
148
Tabel 7-3: Uji tumbukan palu (Matthewson)
Skala kekuatan Pengamatan Tumbukan keras, jelas , pantulannya kuat, tidak meninggalkan
Luar biasa kuat
bekas Tumbukan keras, bergedebuk, terjadi pantulan, sedikit berbekas atau sedikit menimbulkan kerapatan
Sangat kuat
Tumbukan bergedebuk, tiada pantulan, berbekas, dan menimbulkan patahan
Kuat
Tumbukan bergedebuk, meninggalkan tapak palu, terjadi
Cukup kuat
keretakan Palu terbenam, terjadi keretakan
lemah
3. Uji Beban Titik Sebuah metode tidak langsung yang paling banyak digunakan untuk mengetahui kuat tekan material , adalah metode uji beban titik. Percobaan ini dengan menggunakan contoh batuanyang tidak beraturan . benda uji ditempatkan diantara konus yang terbuat dari baja keras dan beban ditambah hingga terjadi benda uji menjadi hancur. Kekuatan beban titik adalah : Is = P/D2 Keterangan: P = beban dalam keadaan kehilangan ketahanan D = Jarak antara kedua buah konus. Diameter Benda uji akan mempengaruhi hasil percobaan, oleh karena itu diperlukan grafik kalibrasi, yang menghubungkan D pada suatu diameter standar, D = 50 mm, sehingga Is(50) dapat ditentukan : u.c.s = ± 24 I s(50)
Tabel 7 – 4: Nilai-nilai khas uji beban titik(Bell)
MATERIAL
Is(50)
U.C.S
MPa
MPa
Granit Eskdale
12,0
198,3
Andesit Somerset
14,8
204,3
Basalt (Derbyshire)
16,9
321,0
149
Sabak (North Wales)
7,9
98,4
Skis (Abandeenshire)
7,2
82,7
12,7
162,0
Batu pasir aneka warna (Edwinstone)
0,7
11,6
Kapur Karbon (Buxton)
3,5
106,2
Gneis
Gambar 7-2. Uji beban titik
4. RQD (Rock Quality Designation) & Recovery ratio
Hasil pemboran inti dapat di interpretasikan kualitasnya, berdasarkan kondisi/keadaan inti batuan, yang dipengaruhi terutama oleh proses pemboran. Recovery ratio adalah prosentasi hasil perolehan inti, yang mungkin terjadi hancur/lepas karena sifat/kondisi batuan itu sendiri, sedangkan RQD adalah jumlah panjang inti batuan 10 cm lebih dibagi kedalaman lubang bor . (Gambar 7-3)
Inti (cm)
Inti > 10 cm
1249
Recovery ratio :
X 100 78.1 %
1600 1083
RQD =
X 100 67.7 %
1600
Kualitas batuan (DEERE, 1968) Kualitas RQD, % Sangat buruk 0 – 25
150
15 132 132 10 139 139 18 23 120
120
116 22
116
222
222
14
242
242
18
Jml
112
112
46 1249
1083
Gambar 7 – 3 : Log bor dan RQD
151
7.3. PELEDAKAN (BLASTING) Peledakan adalah salah satu cara untuk pemecahan oleh desakan partikel yang halus pada suatu massa yang diam. Peledakan digunakan dalam berbagai bidang: Pertambangan ( besi dan baja serta logam-logam yang lain: alluminium, timah, tembaga, emas, platina), terutama dalam metoda penambangan bawah tanah ; bidang T.Sipil: pembuatan jalan raya, material bahan bangunan, terowongan, dll. Bahan peledak adalah sarana untuk menyelesaikan suatu tahap pekerjaan baik dalam industri tambang, T. Sipil maupun kegiatan sejenis lainnya. Prinsip penggunaan bahan peledak adalah efektif, murah dan aman, oleh karena itu harus dikuasai tentang bahan peledak mualai dari klasklas, karakteristik, peralatan, perlengkapan peledakan, keadaan batuan, kondisi lapangan dan penentuan jenis bahan peledak dan metode yang cocok
sehingga hasilnya sesuai dengan
perencanaan/spesifikasi pekerjaannya misalnya: a. sarana produksi b. fragmentasi yang dikehendaki c. kondisi lapangan.
Arti bahan peledak
adalah suatu rakitan yang terdiri dari bahan-bahan
berbentuk padat atau cair atau keduanya yang apabila terkena suatu aksi (panas, benturan, gesekan) dapat bereaksi dengan kecepatan tinggi, membentuk gas dan menimbulkan efek panas serta tekanan yang sangat tinggi. 1. Klasifikasi Bahan Peledak Klasifikasi bahan peledak (Manon 1976) menjadi 3 golongan: Bahan peledak Mekanis, Bahan peledak Kimiawi, Bahan peledak Nuklir Secara skerma jenis bahan peledak adalah sebagai berikut: Mekanis
Kimia
Peledak kuat Peledak Skunder
Nuklir Peledak lemah
Peledak Expl.
Permissible Expl.
Non Permissible Primer
Gambar 7 – 4 : Sketsa bahan peledak (Nanon, 1976) Tujuan peledakan dibedakan berdasarkan kegunaannya: Quari : untuk menghancurkan dan memisahkan sejumlah batuan dari batuan induknya serta untuk memperoleh fragmentasi tertentu. - Tambang: Persiapan pembukaan( tunnel, adit, drift dsb) & pengambilan bijih dalam lubang. - T. Sipil: pembuatan irigasi, bendungan, merobohkan bangunan.
152
a. Bahan Peledak Bahan peledak adalah suatu rakitan yang terdiri dari : bahan-bahan berbentuk padat/cair yang apabila terkena aksi (panas, benturan dll.) dapat beraksi dengan kecepatan tinggi, membentuk gas & panas serta tekanan tinggi. Tujuannya,: Tambang: - membongkar batuan - Pembuatan lubang bawah tanah Geologi Teknik : - Membongkar material bahan bangunan, pembuatan jalan, terowongan.
b. Bahan Peledak Industri Bahan peledak Industri /komersial adalah bahan peledak kimia. 1. Black powder, terbuat campuran arang, belerang dan potassium nitrat. Sifat: - aman terhadap goncangan - peka terhadap panas - mudah rusak 2. Dinamit Berdasarkan komposisinya: - Straight dynamite (NG 20 –57 %, Sodium Nitrat 59 23 %) - Gelatine dynamite ,(campuran NG & NC + NaNO3/KNO3) - Ammonia Gelatine dynamite ( BG + Nh4NO3) 3.Permissibles explosives
Biasa digunakan di tambang batubara, berkomposisi : Ammonium – dynamite yang diberi zat additif (Na CL) 4.Blasting agent Bahan peledak yang belum dicampur & setelah dicampur dengan perbandingan tertentu akan termasuk bahan peledak kuat. Contoh; ANFO (Ammonium Nitrat Fual Oil)
c. Cara Peledakan Suatu operasi peledakan batuan akan mencapai hasil optimal apabila perlengkapan dan peralatan yang dipakai sesuai dengan metode peledakan yang ditrapkan. Metode peledakan dapat dibagi menjadi 4 : Tabel 7 – 5 : Metode peledakan
METODE
PERLENGKAPAN
PERALATAN
153
PELEDAK AN Sumbu api
Sumbu ledak
Plain detonator, sumbu api, Igniter cord, Igniter cord connector Sumbu ledak, Detonating relay, Detonator Detonator listrik, Connecting wire
Listrik
Non listrik
Detonator non listrik, Connector, Sumbu ledak.
Cap crimper, penyulut korek api, tamper
Tergantung detonator yang dipakai Exploder, Tester( Rheostat, Blasting VOM meter) ; Circuit tester(galvanomtr, Voltohmmtr) Tamper, Leading wire. Exploder, Gas supply unit, circuit tester.
1. Sumbu Api Sumbu api berfungsi merambatkan api sampai bahan peledak dan macamnya adalah : a. Berkecepatan 120 detik/yd ( 0,5 yd/menit). b. Berkecepatan 90 detik/yd 2. Pengapian Sumbu api a. Batang kawat yang dilapisi bahan yang mudah terbakar secara perlahan dan cukup kuat untuk menyalakan ujung sumbu api. b. Tabung tipis yang berisi alat penyela sumbu dinyalakan dengan cara menarik kawat keluar tabung. c. Tube tipis dari timah hitam yang berisi black powder, digulung pada sebuah reel. d. Korek api (tidak praktis) e. Igniter cord(IC)adalah sumbu plastik untuk menyalakan sejumlah interval waktu penyalaan tertentu, sehingga akan terjadi ledakan secara beruntun, Macam IC : 1). Fast type, kec. 4 dt/ft (warna hitam) 2). Medium speed type, kec. 8 – 10 dt/ft ( warna hijau). 3). Slow speed type , kec. 18 dt/ft (warna merah)
3. Penyalaan Awal a. Sumbu api dengan korek api , low exsplosive c. Sumbu api dengan detonator 4. Peledakan Tungal Sumbu api
154
Steaming isian
primer Gambar 7 – 5 : Struktur lubang peledakan tunggal 5. Peledakan Jamak a. Trimming, mengatur panjang sumbu waktu mengatur interval waktu b. Mengatur Igniter cord (IC), peledakan dengan sumbuapi secara beruntun c. Black powder, berupa butiran & dodol 6. Perlengkapan Sumbu Ledak Fungsi sumbu ledak ialah untuk merambatkan gelombang detonasi sampai ke isian. “Delay connector” adalah perlengkapan penyambung ledakan antara dua buah ujung sumbu ledak, sehingga apabila salah satu sumbu meledak maka sumbu yang lain akan ikut meledak dengan selisih waktu tertentu. Macam-macam delay connector: 2) MS – 5 (5 milidetik) warna biru 3) MS – 9 Hijau 4) MS – 17 Kuning 5) MS – 25 Merah
d. Dasar Penggunaan Bahan Peledak Pengetahuan bahan peledak dan metode merupakan salah satu parameter dalam menyusun rencana peledakan. Aspek-aspek teknik peledakan - Jenis batuan - Peralatan pemboran - Parameter pengisian bahan peledak - Tujuan peledakan - Target produksi - Kondisi fisik batuan: density, kekuatan, struktur geologi, kecepatan propagasi energi, ketegaran dan kandunagn air, - Pengisian bahan peledak, diisikan pada setiap lubang tembak dan susunannya merupakan salah satu pokok dalam merancang peledakan. Dalam hal tersebut ditentukan berdasarkan keadaan batuan, jenis, kekuatan dan bahan peledak yang digunakan. - Geometri peledakan meliputi : Burden, spasi, tinggi jenjang, kedalaman lubang tembak, sub drilling, stemming dan sebagainya.
155
Spasing
stemming Bench hight Burden
Burden total charce
Subdrilling Gambar 7 – 6 : Unsur-unsur geometri peledakan
DAFTAR PUSTAKA
Barbara W.M., Brian J.S., Stephen C.P., 1996, Environmental Geology, John Wiley & Sons. Inc. New York. Bowles, 1983, Analisa dan Desain Pondasi, Erlangga Jakarta Bowles, 1991,Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis Tanah , Erlangga Jakarta Bjerrum, L. and Skempton, A. M., (1960), From Theory to practice in Soil Mechanic, John Wiley and Son, Inc., New York. Dun.I,S., Anderson, L.R. Kiefer, F.W., 1980, Dasar-dasar Analisis Geoteknik, Terjemahan IKIP Semarang Press, Cetakan I, 1992 ISBN, 979-8107-79-9 Goodman, R.E. 1989, Introduction to Rock Mechanics, second edition, John Wiley & Sons. New York. Goodman. R.E. 1993, Engineering Geologi to rock in Engineering Construction, John Wiley & Sons Inc. New York.
Holtz, R.D., and Kovacs, W. D., 1981, An Introduction to Geotechnical Engineering, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New York. Koesnarjo, S. 1988, Bahan Peledak dan Metode Peledakan, Fakultas Tambang UPN ”Veteran” Yogyakarta.
156
Mitchell, J.K., 1976, Fundamentals of Soil Behavior, John Wiley and Sons, Inc., New York Sherley, L.H. 1987, Geoteknik dan Mekanika Tanah , Penyelidikan Lapangan & Laboratorium , Nova, Bandung. Sutjiono, C. Nayoan, T.F., Sutardjo, T., 1992, Penyelidikan dan penanggulangan Gerakan Tanah (Longsor), DPU, Badan Penelitian dan Pengembangan PU, Jakata.
Soedarsono dan Djoko U. 1985, Konstruksi Jalan Raya , Penerbit Badan Pekerjaan Umum.Jakarta. Skempton, AW, 1953, The Collodal Activity of Clay, Proc 3 rd ingti Conf Soil Mech and Found Engrg, Zurich, Vol 1, pp57 -61. Therzagi, Peck, 1948. Soil Mechanic in Engineering Practice, Mc Graw Hill Ing. New York. Wafid, M.A.N., 2004, Sosialisasi Informasi Bahaya Geologi Dalam Perencanaan Wilayah, Direktorat Tata Lingkungan Geoogi dan Kawasan Pertambangan, Ditjen Geologi dan SDM , Bandung Wesley, L.D. 1975, Mekanika Tanah, Badan penerbit Pekerjaan Umum Bandung Verhoef, P.N.W., 1989, Geologi untuk Teknik Sipil, Penerbit Erlangga, Jakarta.
