Klasifikasi Massa Batuan Q-System KLASIFIKASI MASSA BATUAN (Q-SYSTEM) Klasifikasi batuan Q-System dikenal juga dengan istilah Rock Tunneling Quality Index untuk keperluan perancangan penyangga penggalian bawah tanah. Q-System digunakan dalam klasifikasi massa batuan sejak tahun 1980 di Iceland. Sistem ini pertama kali dikembangkan oleh Barton, dkk di 1974 berdasarkan pengalaman pembuatan terowongan terutama di Norwegia dan Finlandia. Pembobotan Q-System didasarkan atas penaksiran numerik kualitas massa batuan berdasarkan 6 parameter berikut; 1. RQD (Rock Quality Designation) 2. Jumlah Kekar/Joint Set Number (Jn) 3. Kekasaran Kekar atau Kekar Utama/Joint Roughness Number (Jr) 4. Derajat Alterasi atau pengisian sepanjang kekar yang paling lemah/Joint Alteration Number (Ja) 5. Aliran Air/Joint Water Reduction Number (Jw) 6. Faktor Reduksi Tegangan /Stress Reduction Factor (SRF) Dalam sistem ini, diperhatikan diskontinuitas dan joints. Angka dari Q bervariasi dari 0.001-1000 dan dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini:
1. RQD (Rock Quality Desgnation) RQD = 100,4 - 3,68ω
Dimana ω : Frekuensi Joint (1/Spasi)
Tabel 1. RQD Kualitas batuan menggunakan klasifikasi Q-system dapat berkisar dari Q= 0,0001 sampai Q= 1000 pada skala logaritmik kualitas massa batuan. 2. Jn (Joint Set Number)
Tabel 2. Jn 3. Jr (Joint Roughness Number)
Tabel 3. Jr 4. Ja (Joint Alteration Number)
Tabel 4. Rock Wall Contact
Tabel 5. Rock wall contact before 10 cm shear
Tabel 6. No rock wall contact when sheared 5. Jw (Joint Water Reduction Number)
Tabel 7. Jw 6. SRF (Stress Reduction Factor)
Tabel 8. SRF (1)
Tabel 9. SRF (2) ESR Perhitungan Equivalent Dimention berdasarkan lebar bukaan terowongan dan nilai ESR (Excavation Support Ratio). Nilai ESR sangat bergantung pada kategori penggalian. ED = Excavation Span, Diameter or Height (m)/ESR
Tabel 10. ESR Misalkan perhitung nilai Q :
Q = 90/4 x 3/1 x 1/15 = 4,5
904 Q= 904 × 31 × 115=4,5 Misalkan sebuah terowongan mau dibuka selebar 15 meter untuk keperluan pertambangan permanent maka; ED = 15 / 1,6 = 9,4 Berdasarkan nilai ED dan nilai Q tersebut dapat diperkirakan hubungan antara lebar bukaan terowongan dengan sistem penyangga yang harus digunakan. Hubungan tersebut dapat dilihat pada grafik yang dibuatkan oleh Barton tahun 1974. Grafik tersebut kemudian diupdate lagi oleh Grimstad dan Barton tahun 1993. Dengan nilai ED: 9,4 dan Q : 4,5 maka masuk dalam kategori 4. Kategori 4 mengharuskan pemasangan rock bolt dengan spasi 2,1 meter dalam shotcrete setebal 4-10cm. Jika nilai dari persamaan Q system telah ditemukan, maka system support dapat ditentukan berdasarkan grafik berikut ini.
Gambar 1. Reinforcement Categories Panjang Rock Bolt yang akan dipasang bisa dihitung menggunakan rumus :
Gambar 2. Rock Bolt Dimana B = Lebar Terowongan
Gambar 2. pemasangan Shotcrete dan Rock Bolt diterowongan
METODA EMPIRIK DALAM RANCANGAN TEROWONGAN 7. METODA EMPIRIK DALAM RANCANGAN TEROWONGAN 7.1. TUJUAN DAN MANFAAT KLASIFIKASI MASSA BATUAN Klasifikasi massa batuan merupakan cikal bakal dari pendekatan metode empiris dan digunakan secara luas di dalam rekayasa batuan. Klasifikasi massa batuan tidak digunakan sebagai pengganti untuk rancangan rekayasa. Tetapi harus digunakan digunakan bersama-sama dengan metode analitik dan observasi untuk memformulasikan secara menyeluruh rancangan lubang bukaan yang rasional, sesuai dengan tujuan rancangan dan kondisi geologi lapangan.
Klasifikasi massa batuan bertujuan : 1.
Mengindentifikasi parameter yang terpenting yang mempengaruhi perilaku massa batuan.
2.
Membagi formasi massa batuan yang khusus ke dalam group yang mempunyai perilaku sama, yaitu kelas massa batuan dengan berbagai kualitas.
3. Memberikan dasar untuk pengertian karakteristik dari tiap kelas massa batuan. 4.
Menghubungkan pengalaman dari kondisi massa batuan di satu lokasi dengan pengalaman yang ditemui di lokasi lain.
5.
Mengambil data kuantitatif dan pedoman untuk rancangan rekayasa (engineering design).
6. Memberikan dasar umum untuk komunikasi diantara para insinyur dan geologiwan. Untuk mencapai tujuan tersebut, maka sistem klasifikasi harus :
1. Sederhana, mudah diingat dan mudah dimengerti. 2.
Setiap istilah jelas dan terminologi yang digunakan dapat diterima secara luas oleh enjinir dan geologis.
3. Sifat-sifat massa batuan yang paling signifikansi diikut sertakan. 4. Berdasarkan parameter yang dapat diukur dengan uji yang cepat, relevan serta murah di lapangan. 5. Berdasarkan sistem rating yang dapat memberikan bobot yang penting pada parameter klasifikasi.
6. Dapat berfungsi untuk menyediakan data-data kuantitatif untuk rancangan penyangga batuan. Adapun manfaat atau keuntungan yang diperoleh dari klasifikasi massa batuan adalah :
1. Meningkatkan kualitas dari penyelidikan lapangan (site invertigation) dengan meminta data masukan yang minimum sebagai parameter klasifikasi. 2. Memberikan informasi kuantitatif untuk tujuan rancangan terowongan. 3.
Penilaian rekayasa dapat lebih baik dan komunikasi dapat lebih efektif pada suatu proyek. 7.2. SEJARAH DAN SISTEM-SISTEM KLASIFIKASI MASSA BATUAN Kebanyakan lubang bukaan (terowongan) sekarang dibangun berdasarkan beberapa sistem klasifikasi massa batuan. Seperti yang banyak digunakan dan yang paling baik diketahui adalah klasifikasi beban batuan Terzaghi. Klasifikasi ini sudah diperkenalkan lebih dari 40 tahun yang lalu (Terzaghi, 1946).
Tahun 1970 klasifikasi Terzaghi dimodifikasi Deere dan kawan-kawan dan membuat klasifikasi sistem baru. Sistem klasifikasi ini memperkenalkan teknologi penyangga batuan yang diberi nama “rock bolt” dan “shorcrete”, yang digunakan diberbagai proyek, seperti di terowongan, ruang bawah tanah, tambang, lereng dan Pondasi. Saat ini terdapat berbagai sistem klasifikasi massa batuan dan aspek penerapannya, yaitu : 1.
Rock Load (Terzaghi, USA 1946), untuk penerowongan dengan memperkirakan beban batuan yang disangga dengan penyangga baja (sekarang dipakai hanya sebagai topik bahasan teoritis saja).
2.
Stand-up time (Lauffer, Austria, 1958), untuk penerowongan. Klasifikasi ini didasarkan hasil kerja Stini (1950) dan merupakan langkah maju dalam seni penerowongan dengan memperkenalkan “stand-up time” dari “active span”. Dimana dapat ditentukan tipe dan jumlah penyangga di dalam terowongan secara relevan.
3.
New Austrian Tunneling Method (NATM, Pacher dan kawan-kawan, Austria, 1964), untuk penerowongan. Metode NATM merupakan pendekatan saintifik empirik, yang melibatkan pengalaman praktek yang disebut “emperical dimesioning” (Rabcewicz, 1964). Ini merupakan dasar teoritis yang melibatkan hubungan antara tegangan dan deformasi di sekeliling terowongan (lebih dikenal dengan konsep ground-reaction). Pada awalnya ini merupakan dasar teoritis yang diberikan oleh Fenne dan Kastner.
Kemudian metode ini dikembangkan dengan menggunakan instrumen in-situ dan pemantauan yang canggih dan menginterpretasikan pengukuran secara saintifik. 4.
Rock Quality Designation (RQD, Deere dan kawan-kawan, USA, 1967), untuk “core logging” dan penerowongan. RQD adalah modifikasi dari persentase dari perolehan inti yang utuh dengan panjang 10 cm atau lebih. Ini adalah indeks kuantitatrif yang telah digunakan secara luas untuk mengidentifikasi daerah batuan dan kualitasnya, sehingga dapat diputuskan untuk menambah pemboran atau pekerjaan eksplorasi lainnya.
5.
Rock Structure Rating (RSR, Wickman dan kawan-kawan, USA, 1972), untuk penerowongan. Konsep RSR memandang dua parameter umum dari faktor yang mempunyai perilaku massa batuan di dalam terowongan yaitu parameter geologi dan parameter konstruksi.
6.
Rock Massa Rating System (RMR-System, Bieniawski, Afrika Selatan, 1973), untuk penerowongan, tambang, lereng dan pondasi. RMR-System menggunakan enam parameter untuk menilai kualitas massa batuan yaitu kuat tekan batuan, RQD, jarak bidang diskontinuitas, kondisi bidang diskontnuitas, kondisi air tanah dan orientasi bidang diskontnuitas.
7.
Q-System (Barton, Lien, Lunde, Norway, 1974), untuk penerowongan dan ruang bawah tanah. Klasifikasi ini juga menggunakan 6 parameter untuk penilaian numerik kualitas massa batuan, yaitu RQD, jumlah set kekar, jumlah set “roughness”, derajat alternasi, aliran airtanah dan kondisi tegangan.
8.
Rock Massa Index (Palmstrom, Norway, 1995), untuk “rock engineering”, evaluasi penyangga, masukan dalam mekanika batuan. Dalam system ini juga memasukkan parameter kuat tekan uniaksial material batuan dan set kekar (bidang diskontinuitas). 7.3. APLIKASI KLASIFIKASI MASSA BATUAN Hampir semua sistem kalsifikasi massa batuan oleh para penyusunnya ditujukan untuk dapat diterapkan dalam proyek terowongan. Hal ini memang dapat dimengerti, karena suatu kajian kelayakan dan rancangan terowongan dalam batuan memang memerlukan penyelidikan yang lama dan mahal.
Banyak studi kasus yang dimuat dalam berbagai jurnal ilmiah maupun textbook membahas mengenai aplikasi sistem klasifikasi massa batuan pada banyak proyek terowongan di beberapa negara, seperti di India, Norwegia, Korea dan Jepang. Sistem RMR diketahui banyak diterapkan diberbagai proyek terowongan dan bukan terowongan (Pondasi, lereng dan tambang), tetapi yang paling banyak ialah proyek terowongan. Sementara itu Hoek dan Brown (1980) mengusulkan suatu metode untuk estimasi kekuatan massa batuan menggunakan Sistem RMR. Modifikasi Sistem RMR banyak dilakukan, diantaranya oleh Unal (1983) untuk analisis stabilitas batuan atap di tambang batubara bawah tanah. Lauffer (1988) merevisi diagram dengan stand-up time khusus untuk penggalian dengan mesin bor terowongan (Tunnel Bor Machine, TBM). Nicholson dan Bieniawski (1986) mengusulkan Sistem RMR untuk menentukan hubungan konstitutif massa batuan. Di tambang batubara bawah tanah, Sistem RMR dipakai untuk memperkirakan kekuatan pilar batubara (Trueman dan kawan-kawan 1992). Di Indonesia sendiri sistem klasifikasi massa batuan ini sebenarnya telah diterapkan sejak sekitar Tahun 1985 di proyek terowongan PLTA Cirata. Sejak itu sistem klasifikasi massa batuan mulai banyak diterapkan di Indonesia. Di lapangan sistem klasifikasi massa batuan mampu menjadi alat komunikasi yang efektif antara sesama pekerja proyek, mulai dari tingkat drill master, blasting master, foreman dan supervisor. Misalnya setiap perubahan jenis batuan berarti terjadi perubahan kelas dan arti massa batuan. Dengan mudah dapat dimengerti oleh pekerja bahwa jenis penyangga dan penguatan mungkin ada perubahan. Blasting master juga akan segera mengerti bahwa setiap perubahan kelas dan arti massa batuan akan merubah pola pemboran, pola peledakan dan jumlah dan muatan bahan peledak yang harus diisikan.
7.4. BEBERAPA PERSOALAN DALAM KLASIFIKASI MASSA BATUAN Dalam penerapan sistem klasifikasi massa batuan, ditemukan keterbatasan dan persoalan, antara lain yang berkaitan dengan ketersediaan data geoteknik. Dari segi keluaran, ada kritik bahwa klasifikasi massa batuan tidak membahas fenomena tegangan di sekitar terowongan, dan tidak diketahui perilaku rheologi massa batuan yang sesungguhnya. Persiapan penerapan sistem klasifikasi massa batuan telah dimulai sejak tahap penyelidikan geoteknik. Sayangnya dalam beberapa implementasi proyek terowongan dan penggalian lereng, kerap kali dijumpai persoalan klasik yang berkaitan dengan tidak
tersedianya
data
struktur
geologi
yang
memadai.
Keadaan
ini
akan
mengakibatkan persoalan serius, karena kurangnya data karakteristik massa batuan. Padahal seperti diketahui bersama, karakteristik massa batuan adalah tahapan terpenting dalam suatu rancangan rekayasa batuan, karena merupakan dasar utama perhitungan dalam rancangan terowongan. Maka penentuan parameter masukan yang diperoleh pada tahap penyelidikan geoteknik sudah seharusnya menjadi perhatian utama baik ahli geologi teknik, geoteknik/geomekanika maupun perancang terowongan. Persoalan penyelidikan memang menyangkut banyak aspek dan kepentingan, baik dari segi rekayasa ketersediaan sumberdaya manusia yang terampil dan berpengalaman luas, kendala lapangan yang sulit, dan dana yang tersedia. Dilain pihak persoalan yang sangat berarti adalah fenomena tegang terinduksi akibat penggalian terowongan. Hal ini hanya dapat dikaji melalui permodelan numerik. Kajian ini memang sangat penting untuk mengetahui kondisi tegangan dan perilaku deformasi massa batuan di sekitar terowongan. Untuk mengakomodir persoalan-persoalan di atas, seperti pengadaan data struktur geologi dan induksi tegangan di sekitar terowongan, maka perlu dibahas dari berbagai aspek teknik. Sehingga sistem klasifikasi massa batuan memang harus diterapkan secara bersama-sama dengan metode rancangan analitik termasuk permodelan numerik dan jika perlu dilakukan lagi dengan metode observasi.
7.5. KLASIFIKASI SiTEM-RMR Untuk saat ini, sistem klasifikasi yang sering dipakai dalam praktek ialah Rock Massa Rating System (RMR-System) yang diusulkan oleh Bieniawski (Afrika Selatan, 1973, direvisi 1979). Di Indonesia, Sistem RMR telah mulai diterapkan di proyek Pembangkit Listrik Tenaga Air Cirata (1985) dan proyek PLTA Tulis Banjarnegara, terutama pada tahap penggalian “headrace tunnel. Dan Tambang emas di Pongkor Jawa Barat.
7.5.1. PARAMETER - PARAMETER SISTEM RMR
Sistem RMR menggunakan enam parameter yaitu : 1) Kuat tekan Uniaksial Batuan 2) Rock Quality Designatioan (RQD). 3) Jarak bidang diskontinuitas (Spacing of discontinuities). 4) Kondisi bidang diskontinuitas (Condition of discontinuities). 5) Kondisi Air tanah (Groundwater conditions). 6) Orientation bidang diskontinuitas. 1). Kuat Tekan Uniaksial Batuan Kuat tekan uniaksial batuan dapat diperoleh dari uji laboratorium yakni dengan pengujian Uniaksial Compressive strength (UCS). Pengujian ini menggunakan mesin tekan (compressin machine) untuk memecahkan batuan yang berbentuk silinder, balok atau prisma dari satu arah (uniaksial) dengan luas perconto A dan panjang perconto l. Pada pengujian ini gaya (kN) dan perpindahan (mm) menurut sumbu aksial dan lateral direkam hingga batuan pecah. Hasil pengujian UCS dibuat kurva tegangan regangan (Gambar.7.1). Dengan perolehan data sifat mekanik batuan seperti kuat tekan batuan (c), modulus elastistas (E) dan Poisson Ratio (). Jika data kuat tekan hasil uji UCS tidak diperoleh, maka dapat menggunakan kuat tekan batuan dengan uji “Point Load Strenght Index”, dan jika kedua pengujian tersebut tidak ada maka dapat dilakukan pendekatan “Standard Index Manual” sebagai dasar uji di lapangan (Tabel 7.1)
Gambar 7.1. Kurva Tegangan – Regangan Hasil Uji UCS Tabel 7.1. Manual Indeks Uniaxial Compressive Strenght (UCS) Kode
Diskripsi
Uji Lapangan
0
Sangat lemah
1
Lemah
2
Sedang
3
Kuat
5
Sangat kuat
6
Sangat kuat sekali
Bisa ditekan dengan paku Hancur bila dipukul dengan Palu/dapat digores dengan Pisau Tidak dapat digores dengan Pisau Dapat hancur dengan Memukul lebih dari satu kali Dapat hancur dengan Memukul berkali-kali Sulit pecah dipukul dengan Palu
UCS
Index Point Load
(MPa) 0,25 – 1,0
(MPa) -
5 – 25
-
25 – 50
<1
50 – 100
2–4
100 – 250
4 – 10
>250
>10
Kemudian Deere (1970) membuat klasifikasi teknis batuan utuh untuk beberapa macam batuan dalam menilai kuat tekan batuan, seperti yang terlihat pada tabel 7.2. Tabel 7.2. Klasifikasi Teknis Batuan Utuh (Deere, 1968). Kekuatan Pemeraian
UCS (MPa)
Batuan
Sangat Lemah
1 - 25
Kalk, Batugaram
Lemah
25 - 50
Batubara, Batulanau, Sekis
Sedang
50 - 100
Batupasir, Sabak, Serpih
Kuat
100 - 200
Marmer, Granit, Genis
Sangat kuat
>200
Kwarsit, Dolerit, Gabro, Basalt
2). Rock Quality Designation (RQD) Rock Quality Designation (RQD) didefenisikan sebagai persentase perolehan core yang lebih besar dari 10 cm dibagi panjang lubang bor (Gambar 7.2). Yang dapat dituliskan sebagai berikut. Panjang Core > 10 cm RQD = Panjang total core (lubang bor)x 100 %
Untuk
menentukan
RQD,
International
Society
for
Rock
Mechanics
(ISRM)
merekomedasikan ukuran inti paling kecil dengan berdiameter NX (diameter 54,7 mm) yang dibor dengan alat bot tabung ganda (double tube corel barrels). Hubungan antara indeks RQD dan kualitas teknik dari batuan adalah sebagai berikut (Deere, 1968). Tabel 7.3. Hubungan Indeks RQD dengan Kualitas Batuan RQD (%) < 25 25 – 50
Kualitas Batuan Sangat jelek (very poor) Jelek (poor)
50 – 75
Sedang (Fair)
75 – 90
Baik (Good)
90 – 100
Sangat baik (execellent)
Gambar 7.2. Prosedur Untuk Pengukur dan Perhitungan RQD (Deere, 1899) 3). Jarak Bidang Diskontinuitas
Bidang diskontinuitas adalah semua jenis bidang-bidang lemah yang mungkin berupa kekar, sesar, bidang perlapisan dan perlipatan atau bidang-bidang lainya yang tidak menerus dalam massa batuan. Suatu rekahan atau kekar yang paralel disebut set, dan set-set yang saling berpotongan disebut “joint set system”. Kemudian jarak tegak lurus antara dua kekar yang berurutan sepanjang garis pengukuran (scan line) disebut dengan jarak bidang kekar (spacing of diskontinuities). Untuk dapat mempermudah pengertian istilah-istilah tersebut dan cara pengukuran jarak diskontuitas dapat dilihat pada gambar 6.3. yang menunjukkan idealisasi pengukuran jarak kekar secara normal. Dimana jarak masingmasing kekar ditunjukkan dengan jarak d 12, d23, d34 dan seterusnya, yang diukur pada scan line AB.
Gambar 7.3. Jarak Bidang Kekar dan Pengukuran Jarak Bidang Kekar di Lapangan. Sedangkan arah strike/dip kekar yang dijumpai di lapangan tidak semudah yang ditunjukkan oleh gambar 6.3(a), sehingga scan line AB tidak memungkin untuk dibuat tegak lurus dengan bidang-bidang kekar, maka dilakukan pengukuran dan pengamatan dengan membuat scan line AB secara sembarang (Gambar 7.3b), kemudian dihitung jarak kekar dengan menggunakan rumus sebagai berikut.
cos = cos(n-s) cos n cos s + sin n sin s Dimana : s = arah dip scan line d = arah dip kekar s = dip garis scan line d = dip kekar n = 90 - d d 180o maka n = d + 180 d > 180o maka n = d - 180 Panjang minimum “scan-line” untuk pengukuran jarak diskontinuitas adalah sekitar 50 kali jarak rata-rata diskontinuitas yang diukur. Sedangkan ISRM (1981) panjang ”scan line” cukup sekitar 10 kali saja, tergantung kepada tujuan pengukuran. Jarak diskontinuitas dan keterangannya menurut Attewell (1993) dan Deere (1968) dapat dilihat pada Tabel 7.4. dan Tabel 7.5. Jarak bidang diskontinuitas yang rapat dapat terdiri dari tiga atau lebih set yang saling berpotongan membuat massa batuan menjadi blok-blok kecil, sehingga memperlemah kekuatan batuan. Kondisi ini menjadi lebih buruk jika kekar mempunyai kuat geser yang rendah maka blok batuan tersebut dapat jatuh.
Tabel 7.4. Klasifikasi Jarak kekar Menurut Attewell (1993).
Diskripsi
Struktur Bidang Diskontinuitas
Jarak (mm)
Sangat lebar
Perlapisan sangat tebal
> 2000
Lebar dan luas
Perlapisan tebal
600 – 2000
Lebar sedang
Perlapisan sedang
200 – 600
Dekat
Perlapisan tipis
60 – 200
Sangat dekat
Perlapisan sangat tipis
20 – 60
Sangat berlapis
6 – 20
Perlaisan tipis (Batuan Metamorf & Beku)
6 – 20
Sangat dekat sekali
6 – 20
Berfoliasi, belahan aliran perlapisan, dll
< 20 <6
Perlapisan tipis (sedimen)
<6
Sangat berfoliasi, belahan aliran Perlapisan, dll (Batuan metamorf & Beku)
Tabel 7.5. Klasifikasi Jarak kekar Menurut Deere (1968).
Diskripsi
Struktur Bidang Diskontinuitas
Jarak (mm)
Sangat lebar
Padat
> 3000
Lebar
Masif
1000 – 3000
Cukup dekat
Blooky/seamy
300 – 1000
Dekat
Terpecah
50 – 300
Sangat rapat
Hancur dan tersebar
< 50
4). Kondisi Bidang Diskontnuitas Kondisi bidang diskontinuitas dipengaruhi oleh kekasaran (roughness), regangan (separation), pelapukan batuan samping dan material pengisi. Kekasaran (Roughness) Kekasaran merupakan komponen penting dalam kuat geser terutama untuk kekar yang mengalami pergeseran atau yang terisi oleh material lain. Kekasaran yang saling mengunci dan menempel akan mempertinggi kuat geser. Di lapangan penentuan kekasaran dapat dilakukan dengan meraba permukaan kekar. Panduan untuk menentukan profil kekasaran dan diskripsinya diberikan oleh ISRM (1981). Panduan ini untuk panjang profil dalam 1 – 10 m dengan skala vertikal dan horizontal sama (Gambar 7.4) Dengan istilah diskripsi sebagai berikut. -
Sangat kasar (very rough surfaces) ; terdapat banyak gelombang yang sangat berdekatan pada permukaan kekar.
-
Kasar (rough surfaces) ; terdapat beberapa gelombang, kekasaran jelas terlihat dan permukaan kekar terasa sangat abrasif.
-
Sedikit kasar (slightly rough surface) ; permukaan kekar dapat dibedakan dan dirasakan antara yang relatif kasar dengan yang relatif halus.
-
Halus (smooth surfaces) ; permukaan kekar terasa halus ketika disentuh.
-
Polesan (slickensided surfaces) ; terlihat seperti dipoles (digosok).
Gambar 7.4. Profil Kekasaran dan Diskripsinya (ISRM, 1981) Rengangan (Separation) Separasi adalah jarak tegak lurus yang memisahkan batuan dinding dari kekar yang terbuka (Gambar 7.5). Kekar yang terisi oleh material lain (misalnya clay) dapat digolongkan sebagai separasi, jika material pengisinya telah tercuci (hilang) secara lokal. Seperasi dapat dikatakan kecil, jika kekasaran didnding kekar cenderung menjadi terkunci dan material pengisi kekar memberikan dukungan terhadap kuat geser. Sehingga dapat disimpulkan bahwa kuat geser kekar tegantung pada tingkat separasi, ada tidaknya material pengisi, kekasaran permukaan kekar dan sifat material pengisi.
Gambar 7.5. Ilustrasi Pengertian Separasi
Pelapukan Batuan Samping Seringkali massa batuan di sisi bidang diskontinuitas mengalami pelapukan dan kadang teralterasi oleh proses hidrotermal. Derajat pelapukan batuan samping dapat ditentukan sebagai berikut. -
Tidak lapuk (unweathered / fresh) ; tidak ada tanda-tanda pelapukan, batuannya segar dan kristalnya tampak jelas, walaupun terdapat beberapa pada kekar ada sedikit pelapukan.
-
Sedikit
terlapukkan (slightly weathered) ; pelapukan terdapat pada kekar-kekar
terbuka, tetapi pada batuan utuh pelapukan terjadi hanya sedikit saja, dan perubahan warna pada kekar dapat mencapai jarak 10 mm. -
Terlapukkan sedang (moderately weathered) ; perubahan warna mencapai bagian yang lebih luas, batuan tidak mudah lepas (kecuali pada batuan sedimen dengan penyemenan yang jelek).
-
Sangat terlapukkan (highly weathered) ; pelapukan mencapai semua bagian massa batuan dan mudah pecah, tidak mengkilap, semua material lain kecuali kwarsa sudah berubah warna, batuan mudah pecah (digali hanya dengan palu geologi).
-
Terlapukkan sempurna (completely weathered) ; massa batuan secara keseluruhan sudah berubah warna dan mengalami dekomposisi serta dalam keadaan rapuh, hanya terlihat bekas struktur saja, kenampakan luar sudah seperti tanah (soil).
Material Pengisi Material pengisi kekar antara lain kalsit, klorit, clay, lanau, kwarsa dan lain sebagainya. Jika kekar terisi oleh material pengisi maka harus ditentukan tebal, jenis dan
kemenerusannya. Material pengisi kekar sangat mempengaruhi kekuatan massa batuan, karena mampu sebagai perekat dan sebagai pemisah antar bidang kekar. 5). Kondisi Airtanah Dalam pembuatan terowongan, sebaiknya diukur kecepatan aliran airtanah dalam liter/menit per panjang 10 m penggalian. Tetapi di lapangan dipakai cara yang relatif mudah yaitu dengan melihat dan meraba permukaan batuan lalu kondisi airtanahnya dinyatakan dengan kondisi ; kering (dry), lembab (dam), basah (wet), menetes (dripping) dan mengalir (flowing). 6). Orientasi Bidang Diskontinuitas Orientasi bidang diskontinuitas digambarkan oleh jurus dan kemiringan. Jurus dicatat dengan mengacu pada kutub utara megnet bumi, sedangkan kemiringan adalah sudut yang dibentuk antara bidang horizobtal dengan bidang kekar searah dengan bidang kemiringan. Orientasi bidang diskontinuitas dalam terowongan dapat dikategorikan dengan istilah menguntungkan dan tidak menguntungkan. Bidang kekar yang menguntungkan dalam terowongan, jika jurus kekar relatif tegak lurus terhadap arah sumbu aksis terowongan, sedangkan jika jurus kekar relatif sejajar terhadap arah sumbu aksis terowongan maka kondisi ini dikatakan tidak menguntungkan. 7.5.2. PROSEDUR KLASIFIKASI SISTEM RMR Ada enam langkah dalam menggunakan Sistem RMR :
1. Menghitung bobot (rating) total dalam tabel 7.6. Sesuai dengan kondisi lapangan yang sebenarnya, yakni dengan menjumlahkan semua rating dari UCS, RQD, jarak diskontinuitas, kondisi diskontinuitas dan kondisi airtanah. 2.
Menilai kedudukan sumbu terowongan terhadap jurus dan kemiringan bidang diskontinuitas seperti yang ditunjukkan pada tabel 7.7.
3.
Setelah menentukan kedudukan sumbu terowongan terhadap jurus dan kemiringan bidang-bidang diskontinuitas, maka ratingnya ditetapkan berdasarkan tabel 7.8. Langkah ini disebut juga sebagai penyesuaian rating (rating adjustment).
4.
Menjumlahkan rating yang didapat dari langkah pertama dengan rating yang didapatkan dari langlah tiga, sehingga diperoleh total rating sesudah pennyesuaian. Dari rating ini dapat diketahui kelas massa batuan berdasarkan tabel 7.9.
5.
Setelah kelas massa batuan diperoleh maka dapat diketahui arti klas massa batuan dengan memperoleh nilai stand-up time dari massa batuan tersebut dengan span tertentu serta kohesi dan sudut geser dalam-nya seperti yang diperlihatkan oleh tabel 7.10. Berdasarkan klasifikasi Geomekanika ini, Bieniawski memberikan petunjuk untuk penggalian dan penyangga terowongan batuan dalam hubungan dengan sistem RMR (Tabel. 7.11). Petunjuk ini hanya berlaku untuk terowongan dibatuan dengan lebar 10 m, berbentuk tapal kuda, tegangan vertikal lebih kecil dari 25 MPa, serta metode penggalian dengan pemboran dan peledakan.
Tabel 7.6. Parameter Klasifikasi dan Pembobotan Parameter
1
Kuat Tekan Batuan Utuh
Selang Nilai
Untuk nilai yang kecil di paka UCS
PLI (MPa)
> 10
4 - 10
2–4
1-2
UCS (MPa)
> 250
100 – 200
50 – 100
25 – 50
5-25
1-5
Pembobotan
15
12
7
4
2
1
RQD (%)
90 – 100
75 – 90
50 – 75
25 - 50
25
Pembobotan
20
17
13
8
3
Jarak Diskontinuitas
>2m
0,6 – 2 m
200 - 600 mm
60 – 200 mm
< 60 mm
Pembobotan
20
15
10
8
5
Kondisi Diskontinuitas
Permukaan sangat kasar, tidak menerus, tidak renggang, tidak lapuk
Agak kasar, separasi < 1 mm, agak lapuk
Agak kasar, separasi < 1 mm, sangat lapuk
Slikensided/gouge < 5 mm, atau separasi 1 – 5 mm, menerus
Pembobotan
30
25
20
10
0
Tidak ada
< 10
10 – 25
25 – 125
> 125
0
< 0,1
0,1 – 0,2
0,2 – 0,5
> 0,5
2
3
4
5
Airtanah
6.
Aliran / 10 m panjang tunnel (L/min) Tekanan pori dibagi tegangan utama
Gouge lunak > 5 mm, atau sep 5 mm, menerus
Keadaan Umum
Kering
Lembab
Basah
Menetes
Mengalir
15
10
7
4
0
Pembobotan
Tabel 7.7. Efek Jurus/kemiringan Diskontinuitas di dalam Penerowongan
Arah jurus sejajar sumbu terowongan
Arah jurus tegak lurus sumbu terowongan Maju Searah Kemeringan
Maju Melawan Kemiringan
Mengabaikan Jurus
Dip 45o – 90o
Dip 20o – 45o
Dip 45o – 90o
Dip 20o – 45o
Dip 45o – 90o
Dip 20o – 45o
Dip 0o – 20o
Sangat Menguntungkan
Menguntungkan
Sedang
Tidak Menguntungkan
Sangat tidak Mengun-tungkan
Sedang
Sedang
Tabel 7.8. Penyesuaian Pembobotan Orientasi Bidang Diskontinuitas
Sangat Mengun-tugkan
Menguntungkan
Sedang
Tidak Menguntungkan
Sangat tidak Menguntungkan
Terowongan
0
-2
-5
-10
-12
Pondasi
0
-2
-7
-15
-25
Lereng
0
-5
-25
-50
-60
Jurus dan Kemiringan Orientasi Diskontinuitas
Pembobotan
Tabel 7.9. Kelas Massa Batuan Yang Ditentukan Dari Pembobotan Total Pembobotan
100 – 81
80 – 61
60 – 41
40 - 21
< 20
No. Kelas
I
II
III
IV
V
Diskripsi
Sangat baik
Baik
Sedang
Jelek
Sangat Jelek
Tabel 7.10. Arti Kelas Massa Batuan No. Kelas
I
II
III
IV
V
Stand-up time Rata-rata
20 Tahun untuk span 15 m
6 Bulan untuk span 8 m
1 Minggu untuk span 5m
10 jam untuk span 2,5 m
30 Menit untuk span 1 m
Kohesi Massa Batuan (Kpa)
> 400
300 – 400
200 – 300
100 – 200
< 100
Sudut Geser Dalam Massa Batuan (derajat)
> 45
35 – 45
25 – 35
15 – 25
< 15
Bieniawski (1976) memberikan hubungan antara waktu stabil tanpa penyangga (standup time) denga span untuk berbagai kelas masssa batuan menurut klasifikasi geomekanikan seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 7.6. Hubungan ini sangat penting sekali diketahui pada saat penggalian terowongan.
Gambar 7.6. Hubungan Antara Stand-up time dengan Span Untuk Berbagai Kelas Massa Batuan Tabel 7.11. Petunjuk Untuk Penggalian dan Penyangga Terowongan Batuan Dengan Klasifikasi Sistem RMR KELAS MASSA BATUAN Batuan Sangat Baik (Kelas I) RMR 81 - 100 Batuan Baik (Kelas II) RMR 61 - 80
PENYANGGAAN PENGGALIAN
Full Face, dengan Kemajuan 3 m Full Face, dengan kemajuan 1 – 1,5 m penyangga komplet 20 m
ROCK BOLT (20 mm Dia, Fully Grouted)
SHOTCRETE
STEEL SETS
Umumnya tanpa penyanggaan, adakalanya pengukuran dilakukan untuk memakai “spot bolting” Lokalisasi, bolts pada atap sepanjang 3 m adakalanya dengan wire
50 mm di atap
Tidak ada
Batuan Sedang (Kelas III) RMR 41 – 60
Bantuan jelek (Kelas IV) RMR 21 – 40
Batuan Sangat Jelek (Kelas V) RMR < 20
dari face
mesh
Top heading dan bench, dengan kemajuan 1,5 – 3 m. Penyanggan dimulai setelah peledakan dan 10 m dari face. Top heading dan bench, dengan kemajuan 1 – 1,5 di top heading. Lakukan penyanggaan setiap 10 m penggalian dari face. Multiple drifts dengan kemajuan 0,5 – 1,5 m di top heading. Buat penyangga setiap penggalian. Shotcrete d segera dipasang setelah peledakan.
Bolt Sistematis panjang 4 m dengan spasi 1,5 – 2 m di atap dan di dinding. Pada atap dibuat dengan wire mesh. Bolt sistematis panjang 4 – 5 m dengan spasi 1 – 1,5 m di atap dan di dinding dengan wire mesh. Bolt sistematis panjang 5 – 6 m dengan spasi 1 – 1,5 m di atap dan di dinding dengan wire mesh. Buat Bolt di lantai (invert)
50 – 100 mm di atap dan 30 mm di dinding (sides).
Tidak ada
100 – 150 mm di atap dan 100 mm di dinding (sides)
Ribs ringan – sedang dengan spasi 1,5 m
150 – 200 mm di atap, 150 mm di dinding (sides), dan 50 mm pada face
Rib sedang – berat dengan spasi 0,75 m dengan steel lagging dan forepoling.
6.5.3. KASUS Unit Pertambangan Emas Pongkor PT. Aneka Tambang Tbk. Bogor – Jawa Barat akan mengkonstruksi drift footwall 700 Ciurug. Kontruksi drift tersebut berbentuk segiempat dengan sudut-sudutnya membundar. Panjang drift
90 m dengan geometri lubang
bukaan 3 m x 3 m dengan data pada tabel berikut ini. Tabel 7.12. Data Massa Batuan dan Kondisi Geologi Unit Pertambangan Emas Pongkor PT. Aneka Tambang Tbk. Bogor – Jawa Barat NO
URAIAN
ZONA I
ZONA II
ZONA III
1. 2. 3.
Panjang drift Jenis batuan Kuat Tekan batuan utuh (UCS) Kualitas Inti Batuan (RQD) Spasi Rekahan Kondisi Rekahan
40 m Tufa breksi 36 MPa
11 m Andesit 72 MPa
39 m Tufa breksi 36 MPa
85,75 %
92,2 %
67,7 %
150 mm Menerus, agak kasar, renggang, < 1 mm dan lapuk
400 mm Sangat kasar, tidak menerus, tidak renggang dan tidak lapuk
300 mm Agak kasar, renggang < 1 mm dan lapuk
4. 5. 6.
7.
Kondisi Airtanah
Basah
Basah
Basah
8.
Orientasi Rakahan
Relatif tegak lurus drift dengan arah umum N 289o E/20o
Relatif tegak lurus drift dengan arah umum N 335o E/25o
Relatif tegak lurus drift dengan arah umum N346oE/22o
Dari Tabel 7.12 terlihat bahwa dilakukan pembagian zona di sepanjang 90 m drift. Pembagian zona ini berdasarkan perubahan jenis batuan yakni zona I batuan tufa breksi, zona II batuan andesit dan Zona III dijumpai kembali batuan tufa breksi. Dari ketiga zona ini akan dilakukan pembagian kelas dan arti massa batuan. untuk merekomendasikan penyanggaan. Dengan perubahan jenis batuan tersebut tentunya akan berubah kelas dan arti massa batuan. Maka rekomendasi penyanggaan yang dibutuhkan juga tidak akan sama pada masing-masing zona. Sehingga dapat memberikan kontribusi nilai ekonomis dengan tidak mengabaikan aspek stabilitas terowongan. Untuk masing-masing zona akan di analisis sebagai berikut. Zona I
Zona I dengan panjang drift 40 m dan mempunyai batuan tufa breksi akan dilakukan pembobotan berdasarkan Tabel 7.6 sampai Tabel 7.10. Untuk mengetahui kelas dan arti massa batuan (Tabel 7.13)
Tabel 7.13. Pembobotan Data-Data Zona I NO
URAIAN
ZONA I
PEMBOBOTAN SISTEM RMR
1.
Kuat Tekan batuan utuh (UCS)
36 MPa
4
2.
Kualitas Inti Batuan (RQD)
85,75 %
17
3.
Spasi Rekahan
150 mm
8
4.
Kondisi Rekahan
Menerus, agak kasar, renggang, < 1 mm dan lapuk
25
5.
Kondisi Airtanah
Basah
7
6.
Orientasi Rakahan
Relatif tegak lurus drift dengan arah umum N 289o E/20o
-2
Pembobotan Total
59
Dari pembobotan total 59 maka Kelas Massa Batuannya adalah Kelas III dengan Batuan Sedang (lihat Tabel 7.9). Dan arti kelas massa batuannya adalah ; stand-up time rata-rata 1 Minggu untuk span 5 m, kohesi sebesar 200 – 300 KPa dan sudut geser dalamnya sebesar 25o – 35o (Tabel 7.10).
Zona II
Zona II dengan panjang drift 11 m dan mempunyai batuan andesit akan dilakukan pembobotan berdasarkan Tabel 7.6 sampai Tabel 7.10. Untuk mengetahui kelas dan arti massa batuan (Tabel 7.14)
Tabel 7.14. Pembobotan Data-Data Zona II NO
URAIAN
ZONA II
PEMBOBOTAN SISTEM RMR
1.
Kuat Tekan batuan utuh (UCS)
72 MPa
7
2.
Kualitas Inti Batuan (RQD)
92,2 %
20
3.
Spasi Rekahan
400 mm
10
4.
Kondisi Rekahan
Sangat kasar, tidak menerus, tidak renggang dan tidak lapuk
30
5.
Kondisi Airtanah
Basah
7
6.
Orientasi Rakahan
Relatif tegak lurus drift dengan arah umum N 335o E/25o
-2
Pembobotan Total
72
Dari pembobotan total 70 maka Kelas Massa Batuannya adalah Kelas II dengan Batuan Baik (lihat Tabel 7.9). Dan arti kelas massa batuannya adalah ; stand-up time rata-rata 1 Tahun untuk span 10 m, kohesi sebesar 300 – 400 KPa dan sudut geser dalamnya sebesar 35o – 45o (Tabel 7.10). Zona III
Zona III dengan panjang drift 39 m dan mempunyai batuan tufa breksi akan dilakukan pembobotan berdasarkan Tabel 7.6 sampai Tabel 7.10. Untuk mengetahui kelas dan arti massa batuan (Tabel 7.15)
Tabel 7.15. Pembobotan Data-Data Zona III NO
URAIAN
ZONA III
PEMBOBOTAN SISTEM RMR
1.
Kuat Tekan batuan utuh (UCS)
36 MPa
4
2.
Kualitas Inti Batuan (RQD)
67,7 %
13
3.
Spasi Rekahan
300 mm
10
4.
Kondisi Rekahan
Agak kasar, renggang < 1 mm dan lapuk
25
5.
Kondisi Airtanah
Basah
7
6.
Orientasi Rakahan
Relatif tegak lurus drift dengan arah umum N346oE/22o
-2
Pembobotan Total
57
Dari pembobotan total 57 maka Kelas Massa Batuannya adalah Kelas III dengan Batuan Sedang (lihat Tabel 6.9). Dan arti kelas massa batuannya adalah ; stand-up time rata-rata 1 Minggu untuk span 5 m, kohesi sebesar 200 – 300 KPa dan sudut geser dalamnya sebesar 25o – 35o (Tabel 7.10).
