G EOTEKNIK dan GEOMEKANIK oleh: Prof. Dr. H. R.Febri Hirnawan, Ir., Zufialdi Zakaria, Ir., MT 1. PENDAHULUAN 1 Geoteknik merupakan perangkat lunak (ilmu) untuk kepentingan manusia dalam mencapai keberhasilan pembangunan fisik infrastruktur melalui penyediaan bangunan (termasuk prasarana transportasi/jalan) yang kuat dan aman dari ancaman kerusakan. Ruang lingkup kajian dalam geoteknik berhubungan dengan studi: 1) batuan dan/atau tanah sebagai material bangunan (construction material), 2) massa batuan (rock mass) yang langsung berkaitan dengan tubuh bangunan, 3) massa batuan yang tidak langsung berkaitan dengan tubuh bangunan tetapi sebagai penyusun bangunan alami di lingkungan sekitarnya, misalnya gunung, lereng, tebing, maupun dataran limpah banjir yang luas, sehingga dapat saja memendam atau berpotensi ancaman bagi keselamatan bangunan tersebut. Aspek manfaat dari kajian tersebut : 1. Sebagai material bangunan dan atau tanah digunakan untuk mengisi atau menyusun bangunan. Beberapa contoh berikut diantaranya: Batu untuk menyusun mansory , beton, dan sebagainya. Tanah untuk menyusun tanggul, landasan jalan raya, dan berbagai keperluan urugan lainnya. 2. Sebagai massa batuan yang terkait langsung dengan bangunan. Batuan berfungsi sebagai landasan atau fundasi ataupun tumpuan bangunan, misalnya: Massa batuan sebagai tumpuan bendungan, baik di bawah maupun di kiri-kanan tubuh bendungan yang bersangkutan ( right and/or left abutment ). Selanjutnya, sebagai massa batuan, batuanpun berfungsi sebagai media tempat bangunan dibuat, sehingga batuan berfungsi sebagai penyusun bangunan tersebut termasuk sebagai lingkungan bangunan yang bersangkutan, contoh : Terowongan yang dibuat menembus massa batuan. 3. Sebagai massa batuan penyusun bangunan alami di lingkungan bangunan, misalnya lereng rawan longsor, lembah rawan banjir dan sebagainya. Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik 2 Ruanglingkup kajian tersebut pada akhirnya meliputi studi tentang kekuat- an/kelemahan batuan dan/atau tanah sebagai material bangunan maupun massa batuan secara luas, sehingga geoteknik perlu didukung oleh ilmu-ilmu penunjangnya, yaitu: Mekanika tanah, dan Mekanika batuan, Geologi Teknik , Geologi Kebencanaan, Hidrogeologi, dan Geologi (yang secara luas membahas genesis batuan, urutan kejadiannya, tektonik dan konfigurasi struktur geo- logi termasuk kegempaan dan bentuk-bentuk bangunan alami yang dikenal sebagai geomorfologi ). Dalam mempelajari kekuatan maupun kelemahan batuan dan/atau tanah untuk kepentingan pemenuhan kebutuhan tersebut di atas (dalam konteks dengan bangunan), studi geoteknik tidak lepas dari kajian genesis batuan, yang lebih meluas lagi kepada genesis tanah yang berasal dari batuan induknya, dengan lima faktor terkait sbb. : S = f (R, C, T, O, t), S (soil) dipengaruhi faktor-faktor R (batuan induk), C (iklim), T (topografi), O (organisme), dan t (waktu), karena terbentuk oleh 5 faktor tersebut. Dengan diketahui genesis tanah, maka kekuatannya ataupun kelemahannya makin mudah dipelajari, makin mudah pula diketahui daerah penyebarannya untuk setiap jenis tanah karena terkait dengan penyebaran batuan induknya, topografinya, iklim sekitarnya, organisme yang tumbuh/hidup di dalamnya dan sebagainya, sehingga jelas dapat diketahui penyebaran wilayah tempat berlangsungnya proses pembentukan tiap jenis tanah yang bersangkutan (perhatikan pelapukan di daerah basah dan kering). Selanjutnya pada proses pembentukan residual soil, dikenal urutan profil tanah mulai dari batuan induk yang segar, ke arah atas bertahap lapisan-lapisan yang berangsur menuju tanah terlapukan kuat dan lengkap, yang kemudian ditutupi tanah organik, campur humus. Urutan tersebut dari atas ke bawah : Top soil (organic soil) Completelly weathered zone Strongly weathered zone Moderatelly weathered zone Partly weathered zone Fresh rock Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik 3 Selain itu dikenal pula jenis tanah transport (transported soil), berupa aluvium, kolovium maupun dilivium. Ada juga sand dunes dan sebagainya. Salah satu ilmu penunjang dalam geoteknik adalah geologi teknik, Geologi Teknik adalah ilmu yang mempelajari atau mengkaji gejala geologi dari aspek kekuatan dan/atau kelemahan geologi (a.l. aspek kebencanaan), diaplikasikan untuk kepentingan pembangunan infrastruktur terutama pada tahap desain dan tahap konstruksi bangunan- bangunan. Beberapa kajian yang penting untuk geologi teknik, antara lain: Erosi dan erodibilitas, genesa tanah & faktor-faktor yang mempengaruhi lapukan tanah, profil pelapukan tanah residu, deskripsi dan klasifikasi tanah, dan peta geologi teknik dan skala peta (1:5.000 s/d 1:200.000) Ruanglingkup kajian geologi teknik meliputi kajian terhadap aspek-aspek keteknikan dari berbagai masalah (sebagai faktor penghambat, a.l. kebencanaan) dan manfaat (sebagai faktor pendukung) beberapa faktor, antara lain: Batuan / tanah / material, struktur geologi dan geomorfologi. Dalam mempelajari aspek kebencanaan geologi, dikenal salah satu jenis kebencanaan berupa longsor. Faktor-faktor penunjang daerah rawan longsor adalah litologi (batuan dan lapukannya), tektonik (struktur geologi dan kegempaan), geomorfologi (terutama aspek kemiringan lereng), vegetasi dan iklim (terutama curah hujan). Berdasarkan jenisnya, longsoran dapat diklasifikasikan (lihat lampiran) Dalam mempelajari aspek kekuatan batuan (a.l. Mekanika Batuan), dikenal istilah RQD rock quality designation yaitu suatu penandaan atau penilaian kualitas batuan berdasarkan kerapatan kekar. RQD penting untuk digunakan dalam pembobotan massa batuan (Rock Mass Rating, RMR) dan pembobotan massa lereng (Slope Mass Rating, SMR). Perhitungan RQD biasa didapat dari perhitungan langsung dari singkapan batuan yang mengalami retakan-retakan (baik lapisan batuan maupun kekar atau sesar) berdasarkan rumus Hudson (1979, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) sbb.: - 0.1 RQD = 100 (0.1 ll + 1) e ll ll adalah rasio antara jumlah kekar dengan panjang scan-line (kekar/meter). Makin besar nilai RQD, maka frekuensi retakannya kecil. Frekuensi retakannya makin banyak, nilai RQD makin kecil. Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik Jika frekuensi retakan = 20 kekar/meter, maka RQD = 40,60 % Jika frekuensi retakan = 11 kekar/meter, maka RQD = 69,90 % Jika frekuensi retakan = 5 kekar/meter, maka RQD = 90,9 % Jika frekuensi retakan = 2 kekar/meter, maka RQD = 98,2 % Dalam penilaian massa batuan (Rock Mass Rating, RMR), prosentase RQD diberikan penilaian berikut di tabel sebelah: 2. KLASIFIKASI GEOMEKANIK RQD (%) Nilai 90 - 100 20 75 - 90 17 50 - 75 13 25 - 50 8 < 25 3 4 Dalam mempelajari aspek kekuatan batuan (a.l. Mekanika Batuan, Geomekanika dll.) diperlukan klasifikasi geomekanik. Tujuan klasifikasi geomekanik ini adalah sebagai alat komunikasi para ahli dalam permasalahan geomekanika selain untuk memperkirakan sifat-sifat dari massa batuan, dan juga merencanakan atau menilai kemantapan terowongan maupun lereng. Klasifikasi Geomekanik (Bieniawski, 1973, 1976, 1984, dalam Setiawan 1990) didasarkan pada hasil penelitian 49 terowongan di Eropa dan Afrika. Klasifikasi ini menilai beberapa parameter yang kemudian diberi bobot (rating) dan digunakan dalam perencanaan terowongan. Rock Mass Rating (RMR) adalah pembobotan massa batuan. Sistem pembobotan dapat dilihat pada Tabel klasifikasi geomekanik (Tabel A, B, C, dan D). Pembobotan adalah jumlah dari nilai bobot parameter pada Tabel A dan B. Pada tabel C jumlah nilai tersebut dimasukkan ke dalam kelompok yang sesuai dengan pembobotan masing-masing. Pada Tabel C, nomer kelas dan pemerian dapat diberikan. Pada Tabel D makna dan kegunaan tiap-tiap nomer kelas disampaikan di sini. Berdasarkan nilai RMR, jangkauan atap (span) apat direncanakan, serta keleluasaan waktu yang tersedia agar terowongan tidak runtuh dapat diperkirakan. Klasifikasi Geomekanik (Bieniawski, 1973, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996), juga dipakai dalam memperkirakan kestabilan suatu pengupasan lereng massa batuan. Sama halnya dengan penilaian terowongan, penilaian kestabilan lereng juga menggunakan data hasil observasi lapangan dan data laboratorium (lihat Tabel) sehingga dalam pembobotan dapat dilihat nilai RMR. Massa batuan dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik Sangat buruk Nilai RMR 0 - 20 Buruk Nilai RMR 21 - 40 Sedang Nilai RMR 41 - 60 Baik Nilai RMR 61 - 80 Sangat Baik Nilai RMR 81 - 100 5 Slope Mass Rating (SMR) , adalah penerapan nilai RMR untuk memperkirakan sudut kemiringan lereng pengupasan. Romano (1990, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) mengaitkan nilai RMR dengan faktor penyesuaian dari orientasi kekar tehadap orientasi lereng serta sistem pengupasan lereng dalam bentung angka rating (pembobotan), yaitu: F1 mencerminkan paralelisme antara arah kekar dan arah lereng F2 memperlihatkan kemiringan kekar F3 memperlihatkan hubungan kemiringan kekar dengan kemiringan lereng F4 merupakan penyesuaian untuk metoda pengupasan. Romano (1990) memberikan nilai SMR dari keempat faktor tersebut sbb.: SMR = RMR - ( F1 x F2 x F3 ) + F4 Laubscher (1975, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) membahas hubungan RMR dan SMR sebagai berikut : Sudut lereng yang disarankan Untuk nilai RMR (pembobotan massa lereng, SMR) (pembobotan massa batuan) sebesar: o 75 81 - 100 65 o 61 - 80 55 o 41 - 60 45 o 21 - 40 35 o 00 - 20 Hall (1985, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) memberikannilai SMR, sbb.: SMR = 0,65 RMR +25 Orr (1992, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) membahas hubungan sbb.: SMR = 35 ln RMR - 71 Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik 3. KULIAH LAPANGAN PRAKTEK GEOMEKANIK 6 Kuliah lapangan penunjang geoteknik khususnya kajian geomekanik (metode Bieniawski) dapat dilakukan di lokasi : 1) Citatah, Rajamandala, Kecamatan Padalarang, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. 2) Citoal, Luragung, Kabupaten Kuningan, Jawa Barat. Tujuan kuliah lapangan ini adalah untuk : a) Mengetahui, mendeskripsi dan mengklasifikasikan jenis tanah lapukan melalui deskripsi di lapangan; b) Mengevaluasi kondisi longsoran bagian lembah di jalan KM 23. c) Menghitung / menilai kualitas batuan berdasarkan kerapatan kekar. d) Mengetahui, mendeskripsi dant mengklasifikasikan batuan melalui deskripsi di lapangan sehingga dapat mencoba menilai RMR dan SMR-nya; e) Mencoba mengevaluasi bangunan jalan di bawah bukit Citatah yang bertujuan menilai sampai sejauh mana keamanan ditinjau dari massa batuan, kondisi diskontinuitas batuan, dan ancaman lingkungan sekitarnya. Setelah mengikuti kuliah lapangan ini diharapkan mahasiwa dapat menambah khazanah ilmu pengetahuannya tentang geoteknik antara lain mengetahui kondisi daerah labil/lemah dengan mengenal aspek kekuatan dan kelemahan geologi, khususnya kejelasan mengenai jenis-jenis kualitas massa batuan dan hubungannya dengan kondisi struktur geologi, selain itu mahasiswa dapat mengetahui cara mendeskripsi tanah di lapangan, mengevaluasi massa batuan dan kestabilan massa lereng Peralatan geologi lapangan terdiri atas: kompas geologi (merk Shunto) palu geologi alat tulis kamera pita ukur. Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik 7. PUSTAKA 7 Anugrahadi, Afiat, 1993, Tegasan Terbesar Sesar Cimandiri Timur, Kabupaten Bandung, Jawa Barat, Proseding PIT IAGI ke-22, hal. 226-240. Djakamihardja, A.S., dan Soebowo, E., 1996, Studi kemantapan lereng batuan pada jalur jalan raya Liwa-Krui, Lampung Barat: Suatu pendekatan metoda empiris, Prosiding Seminar Sehari Kemantapan Lereng Pertambangan Indonesia II, Jurusan Teknik Pertambangan, ITB, hal. 153-163 Hirnawan, R.F., 1994, Peran faktor-faktor Penentu Zona berpotensi Longsor di dalam Mandala Geologi dan Lingkungan Fisiknya Jawa Barat, Majalah Ilmiah Universi- tas Padjadjaran, No. 2, Vol. 12, hal. 32-42. Hirnawan, R.F., 1998, Mekanika Tanah, Laboratorium Mekanika Tanah, Jurusan Geologi FMIPA-UNPAD (belum dipublikasikan), 68 hal. Setiawan, 1990, Informasi Geologi untuk Menilai Kemantapan Terowongan, Proceeding PIT XIX IAGI, bandung 11-13 Desember 1990 Sudjatmiko, 1972, Peta Geologi Bersistem, Lembar Cianjur, Jawa, Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, 1 lembar. Bandung, Juli 2002 Prof. Dr. H.R.F. Hirnawan, Ir. Zufialdi Zakaria, Ir., MT Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik Tabel Klasifikasi longsoran (landslide) oleh Varnes (1978, dalam M.J.Hansen, 1984) yang digunakan oleh Higway Reseach Board Landslide Comitte (1978, dalam Sudarsono & Pangular, 1986) Jenis gerakan (type of movement) Jatuhan (falls) Jungkiran (topple) (slides) Gelinciran Rotasi Satuan sedikit (few units) Translasi Satuan banyak (many units) Gerak horisontal / bentang lateral (lateral spreads) Aliran (flow) Jenis Material (type of material) Batuan dasar (bedrock) Tanah keteknikan (engineering soils) 8 Bebas, butir kasar (freedom, coarse) Berbutir halus (predominantly fine) Jatuhan batu (rock fall) Jatuhan bahan rombakan (debris fall) Jatuhan tanah (earth fall) Jungkiran batu (rock topple) Jungkiran bahan rombakan (debris topple) Nendatan batu (rock slump) Luncuran bongkah batu (rock block slide) Nendatan bahan rombakan (debris slump) Luncuran bongkah bahan rombakan (debris block slide) Luncuran batu (rock slide) Luncuran bahan rombakan (debris slide) Jungkiran tanah (earth topple) Nendatan tanah (earth slump) Luncuran bongkah tanah (earth block slide) Luncuran tanah (earth slide) Bentang lateral batu (rock spread) Bentang lateral bahan rombakan (debris spread) Bentang lateral tanah (earth spread) Aliran batu / rayapan dalam (rock flow / deep creep) Aliran bahan rombakan (debris flow) Alran tanah (earth flow) Rayapan tanah (soil creep) Majemuk (complex) Gabungan dua atau lebih gerakan (combination two or more movement) Gambar lokasi kekar-kekar batugamping Formasi Rajamadala di Citatah Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik TUGAS 9 1. Apa yang disebut dengan genesis tanah? Mengapa batuan mudah lapuk jika terkena air? 2. Sebutkan dua jenis tipe jenis longsoran yang berkembang di lokasi kuliah lapangan. Faktor apa saja yang mempengaruhi longsor tersebut. Berikan sketsa lokasi longsoran dan jenisnya. 3. Klasifikasikan jenis tanah dari satu lokasi pengamatan di sekitar daerah longsoran tersebut. Pada lokasi tersebut, buatlah penampang tanahnya (profil tanah). 4. Jika diketahui sbb: B A C Dinding A : Dalam 1 meter terdapat rata-rata 20 kekar Dinding A atas : Dalam 1 meter terdapat rata-rata 10 kekar Dinding B : Dalam 1 meter terdapat rata-rata 4 kekar bawah Dinding C : Dalam 1 meter terdapat rata-rata 2 kekar Hitung berapa RQD batugamping Formasi Rajamandala pada daerah kekar rapat (frekuensi retakan banyak) dan kekar renggang (frekuensi retakan sedikit). Apa maknanya bila dikaitkan dengan aspek kelemahan geologi? Apa pula maknanya bila dikaitkan dengan struktur geologi yang berkembang di daerah tersebut? Berapa RMR dan SMR dari lokasi tersebut? 5. Berdasarkan pengamatan di lapangan, daerah lokasi kuliah lapangan termasuk dalam SGW apa? Catatan : Tugas dikumpulkan paling lambat satu minggu Tugas akan dilibatkan dalam penilaian kuliah Geoteknik keseluruhan. (Zufialdi Zakaria, Ir., MT) Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322 geomekanik