gaya pembentuk struktur geologi

44
GAYA PEMBENTUK GEOLOGI STRUKTUR

Upload: bayan-dzuqi-makhfiyan

Post on 04-Jan-2016

244 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Gaya Pembentuk Struktur Geologi

TRANSCRIPT

GAYA PEMBENTUK GEOLOGISTRUKTUR

Gaya• a) Gaya merupakan suatu vektor yang dapat

merubah gerak dan arah pergerakan suatubenda.

• b) Gaya dapat bekerja secara seimbang terhadapsuatu benda (gaya gravitasi dan elektromagnetik)atau bekerja hanya pada bagian tertentu darisuatu benda (gaya-gaya yang bekerja disepanjang suatu sesar di permukaan bumi).

• c) Gaya gravitasi merupakan gaya utama yangbekerja terhadap semua obyek/ materi yang adadi sekeliling kita.

• d) Besaran (magnitud) suatu gaya gravitasiadalah berbanding lurus denganjumlahmateriyang ada, akan tetapi magnitudgaya di permukaan tidak tergantung pada luaskawasan yang terlibat.

• e) Satu gaya dapat diurai menjadi 2 komponengaya yang bekerja dengan arah tertentu,dimana diagonalnya mewakili jumlah gayatersebut.

• f) Gaya yang bekerja diatas permukaan dapatdibagi menjadi 2 komponen yaitu: satu tegaklurus dengan bidang permukaan dan satu lagisearah dengan permukaan.

Tegasan

a) Tegasan adalah gaya yang bekerja pada suatuluasan permukaan dari suatu benda. Tegasanjuga dapat didefinisikan sebagai suatu kondisiyang terjadi pada batuan sebagai respon darigaya-gaya yang berasal dari luar.

b) Tegasan dapat didefinisikan sebagai gaya yangbekerja pada luasan suatu permukaan bendadibagi dengan luas permukaan bendatersebut: Tegasan (P)= Gaya (F) / luas (A).

• Tegasan diferensial dapat dikelompokaan menjadi3 jenis, yaitu:

• 1. Tegasan tensional (tegasan extensional) adalahtegasan yang dapat mengakibatkan batuanmengalami peregangan atau mengencang.

• 2. Tegasan kompresional adalah tegasan yangdapat mengakibatkan batuan mengalamipenekanan.

• 3. Tegasan geser adalah tegasan yang dapatberakibat pada tergesernya dan berpindahnyabatuan.

Gambar 1-1 Tegasan Seragam / Uniform Stress (atas); tegasan tensional (tengah kiri);tegasan kompresional (tengah kanan); dan tegasan geser /shear stress (gambar bawah)

Deformasi

Gaya adalah suatu perkalian antara masadengan percepatan (F= m x a ) yang dapatmenimbulkan terjadinya perubahan-perubahanpada gerak dan bentuk daripada bahan yangkemudian mengakibatkan terbentuknya struktur,yaitu terjadi perubahan-perubahan meliputi :translations, rotations, distortions(perubahanbentuk) dan dilatations (perubahan volume).

Translation

Rotation

Obyek

Dilation

Distortion

: Perubahan pembentukan benda

• Ketika batuan terdeformasi maka batuanmengalami tarikan.

• Gaya tarikan akan merubah bentuk, ukuran,atau volume dari suatu batuan.

• Tahapan deformasi terjadi ketika suatu batuanmengalami peningkatan gaya tegasan yangmelampaui 3 tahapan pada deformasi batuan.

Tahapan deformasi

• 1. Deformasi yang bersifat elastis (ElasticDeformation) terjadi apabila sifat gayatariknya dapat berbalik (reversible).

• 2. Deformasi yang bersifat lentur (DuctileDeformation) terjadi apabila sifat gayatariknya tidak dapat kembali lagi (irreversible).

• 3. Retakan / rekahan (Fracture) terjadi apabilasifat gaya tariknya yang tidak kembali lagiketika batuan pecah/retak.

Strain – Elastic, Plastic, Brittle

• Kita dapat membagi material menjadi 2 (dua)kelas didasarkan atas sifat perilaku dari materialketika dikenakan gaya tegasan padanya, yaitu :

• 1. Material yang bersifat retas (brittle material),yaitu apabila sebagian kecil atau sebagian besarbersifat elastis tetapi hanya sebagian kecil bersifatlentur sebelum material tersebut retak/pecah .

• 2. Material yang bersifat lentur (ductile material)jika sebagian kecil bersifat elastis dan sebagianbesar bersifat lentur sebelum terjadi peretakan /fracture

N

s

s = cos , N = sin , = Stresss = Tegasan geser total(Shear stress)N = tegasan normal = 45 - ½ berkisar 10 dan 50 untuk batuan, tetapiAngle of internal friction antara 30 - 40 Contoh: = 37 Mpa, =78 , N =?,s = ?s = 37 cos 78 = 7,7 MpaN = 37 sin 78 = 36 MPa

Secara teori : kekandasan pada batuan akanterjadi bila tegasan geser (s) telah dapatmelampaui kohesi dari bahan tersebut(s o)ditambah dengan daya tahan pada bidang geserSecara matematis : s = (s o + Ntan )

• Teori terbentuknya rekahan batuan• Pada garis besarnya ada 2 gejala tegasan yaitu tarikan

dan tekanan.• Batuan akan rekah akibat tarikan yang arahnya tegak

lurus terhadap arah tegasan.• Bila suatu benda berada dalam keadaan di tekan, maka

benda itu akan dipengaruhi oleh adanya tegasannormal dan tegasan geser.

• Tegasan geser secara teoritis besarnya akan maximumpada bidang-bidang yang membentuk sudut 45 dengan sumbu tegasan maximum dan minimum danberpotongan pada sumbu menengah.

• Tetapi kenyataannya sudut antara dua rekahan geseritu besarnya kurang dari 90 .

• Tekanan pada batuan akan menghasilkan 3 macamrekahan:

• Batuan akan pecah melalui 2 bidang, yang salingberpotongan disebut “shear planes” dimana sudut kecilakan menghadap ke poros tegasan utama (P), sedangkansudut besar akan menghadap ke poros tegasan minimal (R)sedangkan tegasan menengah (Q) akan searah denganperpotongan kedua bidang patahan.

• Tekanan ini akan menimbulkan gaya tegangan pada bidang-bidang tegak lurus pada arah tekanan. Akan terjadi pecah-pecah melalui bidang-bidang parallel pada P termasuk Q,sedangkan R akan tegak lurus padanya. Rekahan tersebutdisebut “Extension fracture” atau “cleave fracture” . Dialam sama dengan apa yang disebut “ tension gashes”.

• Kalau tekanan P menjadi berkurang atau hilang akan terjadipecah-pecah melalui bidang-bidang tegak lurus pada Pdimana rekahan tersebut adalah “release fractures”.

Teori terjadinya rekahanP

P

Shear planeExtension fracture”atau “cleave fractu

release fracture

Q

Sifat- sifat dari bahan (batuan )didalam menghadapi gaya

• Bila sutau benda padat (batuan)menghadapi

deformasi dengan tekanan yang meningkat,

maka benda atau bahan itu akan mengalami

perubahan melalui 3 fase:

A. Fase Deformasi Anyal:

Fase deformasi anyal : yaitu bila gayaberkerja ditiadakan, maka benda itu akankembali pada bentuk dan volumenyasemula. Jadi dalam hal ini tidak akan terjadisuatu keretakan yang kekal. Dalam keadaandemikian keretakan akan sebanding dengantegasan

B. Fase deformasi plastis

Bila tegasan pada benda itu ditingkatkandan batas anyalnya daripada benda(batuan) itu telah tercapai dan dilampauimaka batuan akan berubah secara kekal.

Kalau tegasan pada batuan kita tingkatkan lagi,maka akhirnya batuan akan mencapai suatu fasedimana batuan itu akan patah, maka akan terjadisuatu gejala patahan. Keadaan batuan dimana iaberada antara batas anyal dan batas iamulai patah, benda tersebut berada dalamkeadaan “Plastis”.

C. Fase batuan patah,

Faktor-faktor yang mempengaruhi terhadapperubahan pada batuan adalah:

1.Tekanan penambahan tekanan akanmeningkatkan atas elastisnya.

2. Suhu ; peningkatan pada suhu akanmemperlemah sifat dari batuan, padasuhu yang tinggi batuan akan lebih mudahmengalami perubahan.

3.Waktu:walaupun tekanan itu lemah (kecil), tetapibila ia berjalan/berkerja dalam waktu yanglama sekali pada suatu batuan, maka lama –lama batuan itu akan berubah.Dalam geologi, gejala demikian merupakanperanan yang penting; umpamanyagejala lomgsor.

4. Adanya gejala pelarutan melalui pori –pori dalam batuan.

5. Inhomogenetes(ketidak seragaman ) dalamsusunan lapisan batuan (adanya perlapisandalam batuan)

Bagaimana suatu batuan / material akanbereaksi tergantung pada beberapa

faktor, antara lain adalah:

1. TemperaturPada temperatur tinggi molekul molekul danikatannya dapat meregang dan berpindah,sehingga batuan/material akan lebih bereaksipada kelenturan dan pada temperatur, materialakan bersifat retas.

2. Tekanan bebas – pada material yang terkenatekanan bebas yang besar akan sifat untukretak menjadi berkurang dikarenakantekanan disekelilingnya cenderung untukmenghalangi terbentuknya retakan.Pada material yang tertekan yang rendah akanmenjadi bersifat retas dan cenderung menjadiretak.

3. Kecepatan tarikan – Pada material yang tertarik secaracepat cenderung akan retak. Pada material yangtertarik secara lambat maka akan cukup waktu bagisetiap atom dalam material berpindah dan oleh karenaitu maka material akan berperilaku / bersifat lentur.

4. Komposisi – Beberapa mineral, seperti Kuarsa, Olivine,dan Feldspar bersifat sangat retas. Mineral lainnya,seperti mineral lempung, mica, dan kalsit bersifatlentur.

Tegasan diferensial dapat dikelompokaan menjadi 3jenis, yaitu:

1. Tegasan tensional (tegasan extensional) adalahtegasan yang dapat mengakibatkan batuanmengalami peregangan atau mengencang.

2. Tegasan kompresional adalah tegasan yangdapat mengakibatkan batuan mengalamipenekanan.

3. Tegasan geser adalah tegasan yang dapatberakibat pada tergesernya dan berpindahnyabatuan.

Ketika batuan terdeformasi maka batuanmengalami tarikan. Gaya tarikan akanmerubah bentuk, ukuran, atau volume darisuatu batuan.

Tahapan deformasi terjadi ketika suatubatuan mengalami peningkatan gayategasan yang melampaui 3 tahapan padadeformasi batuan.

1. Deformasi yang bersifat elastis (ElasticDeformation) terjadi apabila sifat gaya tariknyadapat berbalik (reversible).

2. Deformasi yang bersifat lentur (DuctileDeformation) terjadi apabila sifat gaya tariknyatidak dapat kembali lagi (irreversible).

3. Retakan / rekahan (Fracture) terjadi apabila sifatgaya tariknya yang tidak kembali lagi ketika batuanpecah/retak.

Teori Coulomb Mohr tentang pembentukanrekahan geser (shear failure).

• Bila suatu tegasan tekanan (direct stress)dikenakan terhadap suatu batuan, makarekahan-rekahan geser akan terjadi denganarah arah yang sejajar dengan 2 bidangdimana tegasan gesernya (shearing stress)bekerja paling maximum, dan pada saatyang sama tegasan normal yang paling kecil.

• Teoritis bagaimana tegasan geser dapat mencapaimaximum relatip terhadap tegasan –normal bila bidang geser itu mempunyaikemiringan 45 ° terhadap tekanan terbesar

• Pergeseran pada bidang ini hanya mungkin terjadibila tahanan dalamnya dapat dilampaui.

• Ini berarti bahwa patahan tidak akan terjadi padabidang yang membuat sudut 45 °,tetapi pada suatu bidang terdapat perbandinganyang paling besar antara komponen geser (τ),tahanan dalam, dan persenyawaan molekul(kekuatan bahan).

Kalau kita perhatikan arah dari pada komponennormal (σ) maka komponen iniakan berfungsi lebih meningkatkan,baik tahanan dalam maupun kekuatan bahan,Maka dengan demikian geseran akan lebih mudahterjadi pada bidang-bidang yang membuat sudutkurang dari 45 ° dengan σ 1, karena dalam haldemikian, tegasan normal akan menjadi lebihkecil

Secara singkat teori kekandasan ini menjelaskan :bahwa kekandasan pada batuan akan terjadi bilategasan geser telah dapat melampaui kohesi daribahan tersebut ( Τ o ) ditambah dengan daya tahanpada bidang geser. Atau bila dinyatakan secaramatematis adalah :Τ = ( τ o + σ 1 tan θ ),dimana τ = Tegasan geser total

• Sudut yang dibuat antara σ dan bidang geser :θ = + ( 45 - ½φ)

• Θ berkisar antara 10 dan 50 untuk batuan,tetapi biasanya berkisar antara 30-40, dan sudutini disebut “angle of internal friction”

P

R

Q

Angle of internalfriction

• Tekanan ini akan menimbulkan gaya tegangan pada bidang-bidangtegak lurus pada arah tekanan, yang mengakibatkan pecah-pecah(rupture) melalui bidang-bidang parallel pada P , pecahan inidisebut “extension fracture” atau juga disebut cleavage fracture .Di alam dapat disamakan dengan apa yang disebut “tensiongashes” tetapi ini biasanya diisi oleh bahan-bahan dari magma danmembentuk gash fracture termasuk Q,

• sedangkan R tegak lurus dengan P, apabila tekanan P berkurangatau hilang sama sekali, maka pada melalui bidang-bidang pecahyang arahnya tegak lurus pada P disebut “release fracture”.

• Gejala-gejala demikian sangat pentingdalam memberi informasi pada keterakan daripada batuan.

• Tekanan ini akan menimbulkan gaya tegangan pada bidang-bidangtegak lurus pada arah tekanan, yang mengakibatkan pecah-pecah(rupture) melalui bidang-bidang parallel pada P , pecahan inidisebut “extension fracture” atau juga disebut cleavage fracture .Di alam dapat disamakan dengan apa yang disebut “tensiongashes” tetapi ini biasanya diisi oleh bahan-bahan dari magma danmembentuk gash fracture termasuk Q,

• sedangkan R tegak lurus dengan P, apabila tekanan P berkurangatau hilang sama sekali, maka pada melalui bidang-bidang pecahyang arahnya tegak lurus pada P disebut “release fracture”.

• Gejala-gejala demikian sangat pentingdalam memberi informasi pada keterakan daripada batuan.

TEORI TERBENTUKNYA REKAHAN

• Pada dasarnya tekanan pada batuan akan menghasilkan 3 (tiga)macam rekahan:

• Batuan itu akan pecah-pecah melalui 2 (bidang), yang saling berpo-

tongan (Shear plane) dimana sudut yang kecil akan menghadap ke

poros utama tegasan (P).

Shear plane(kekar gerus)

Extension fracture(Kekar tarik)

Release fracture

Q

R

P

“ Strain ellipsoid

• Dalam “rock deformation“ biasanyadistortion dan dilation terjadi bersamaan,hanya yang lebih menonjol dalam strukturadalah distortion. eIlip yang dihasilkan darisebuah bola homogen yang mengalamiperubahan homogen pula didalam bataselastis disebut “ Strain ellipsoid “ .

pure irrotation, rolation deformation

Jika tegasan kedudukannya tetap sejajar, maka padabenda itu akan terjadi perubahan yang disebut pureirrotation, tetapi bila ada perputaran pada porosnyamaka ia disebut rolation deformation pada tekanandan tarikan yang langsung, perobahan yang terjadiadalah irrotational, tetapi pada “shearing couples”akan menimbulkan perputaran pada poros keterakanyang terjadi pada badan yang berubah secara elastis.

Ellipsoid

• Suatu benda bulat homogen yang diubah dibawah batas anyal, benda itu dapat tetapmempunyai bentuk bulat, hanya ukurannyayang tidak sama (mengalami tekanan yangsama dari setiap arah = confining pressure};atau dapat menjadi lonjong {ellipsoid}dimana salah satu dari porosnya akanmenjadi jauh lebih pendek atau lebihpanjang.

• Poros-porosnya (dari ellipsoid tersebut) kitasebut poros-poros keterakan. Juga disini adayang maximum, sedang dan minimum.

Stress Ellipsoid

a) Triaxial stress

b) Principal planes ofthe ellipsoid