UNIVERSITAS MULAWARMANFAKULTAS TEKNIKPS S1 TEKNIK PERTAMBANGAN

PROPOSALTUGAS AKHIR

Nama : Teuku Adil AbdillahNIM : 0709045065Peminatan : Mekanika BatuanJudul Tugas Akhir : Analisa Perbandingan Nilai Kohesi dan Sudut Geser Dalam Menggunakan Kriteria Hoek and Brown dan Klasifikasi Massa BatuanUsulan Pembimbing 1: M. Dahlan Balfas, ST. MT.Usulan Pembimbing 2 : Revia Oktaviani, ST. MT.Dilaksanakan : Semester Genap 2011/2012

1. Judul Tugas AkhirAnalisa Perbandingan Nilai Kohesi dan Sudut Geser Dalam Menggunakan Kriteria Hoek and Brown dan Klasifikasi Massa Batuan.

2. Latar Belakang MasalahPada penambangan endapan bahan galian, perancangan lereng merupakan salah satu hal yang harus diperhatikan untuk dapat menghasilkan produksi yang optimal dan keamanan bagi para pekerja. Perancangan lereng tidak dapat dilepaskan dari sifat fisik dan mekanik material penyusun lereng tersebut. Sifat mekanik material batuan yang sangat penting dalam perancangan lereng penambangan antara lain kuat tekan, kuat tarik, kuat geser, kohesi dan sudut geser dalam.Parameter kohesi dan sudut geser dalam merupakan sifat mekanik batuan yang sangat penting dalam bidang geoteknik pertambangan. Kohesi adalah gaya yang saling mengikat antar butir batuan, sedangkan sudut geser dalam merupakan sudut yang dibentuk dari hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser didalam material tanah atau batuan. Kohesi dan sudut geser dalam dibutuhkan dalam analisa kestabilan lereng, khususnya pada perhitungan kuat geser tanah dan batuan serta dalam perhitungan faktor keamanan lereng. Sebab semakin besar kohesi dan sudut geser dalam pada suatu material batuan, maka kekuatan geser batuan tersebut akan semakin besar, sehingga kemantapan lereng batuan tersebut akan meningkat pula.Nilai kohesi dan sudut geser dalam sangat dipengaruhi oleh karakteristik material batuan dalam suatu darerah, yang akan menentukan kuat massa batuan dan gaya-gaya yang bekerja pada material tersebut.

3. Perumusan MasalahMasalah yang dihadapi dalam penelitian ini meliputi :1. Perhitungan nilai kohesi dan sudut geser dalam mengunakan uji direct shear dan kriteria Mohr Coloumb.2. Perhitungan nilai kohesi dan sudut geser dalam menggunakan kriteria Hoek dan Brown.3. Menentukan klasifikasi massa batuan, serta perkiraan nilai kohesi dan sudut geser dalam berdasarkan RMR.4. Tujuan Tugas AkhirTujuan dari penelitian adalah :1. Menentukan nilai kohesi dan sudut geser dalam batuan menggunakan uji direct shear menurut kriteria Mohr Coloumb.2. Menentukan nilai kohesi dan sudut geser dalam menurut kriteria Hoek dan Brown.3. Menentukan kelas massa batuan, serta rentang nilai kohesi dan sudut geser dalam menggunakan Rock Mass Rating (RMR).4. Menganalisa perbandingan nilai kohesi dan sudut geser dalam yang diperoleh dari kriteria Mohr Coloumb, Hoek and Brown, serta berdasarkan Klasifikasi RMR.5. Ruang LingkupRuang lingkup penelitian dibatasi pada : 1. Uji laboratorium untuk menentukan nilai kohesi dan sudut geser dalam.2. Penelitian dilakukan pada beberapa jenis batuan.3. Kadar air pada batuan diasumsikan kering.4. Penentuan kelas massa batuan dengan klasifikasi RMR.5. Tidak memperhitungkan analisa kestabilan lereng batuan.6. Tidak mengkaji kondisi mineralogis batuan.

6. Dasar Teori6.1 Pengertian Kohesi dan Sudut Geser Dalam1. Gaya Kohesi (c)Gaya kohesi adalah gaya yang tarik-menarik antar butir material yang melawan gaya gerak antar butir. Gaya kohesi terutama disebabkan oleh perlekatan yang saling mengikat antar butir material batuan. Hal ini sangat dipengaruhi oleh adanya material-material halus yang dapat melekatkan butiran-butiran batuan seperti lempung, karst, dan lain-lain.Nilai kohesi tergantung pada kekompakan butirnya. Semakin kompak suatu batuan maka semakin besar nilai kohesinya. Sebaliknya pada kondisi lepas (losse) nilainya semakin kecil. Selain itu juga dipengaruhi oleh kandungan air, karena adanya air akan mengurangi daya lekatnya. 2. Sudut Geser Dalam ()Sudut geser dalam merupakan sudut yang dibentuk dari hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser didalam material tanah atau batuan. Gaya geser (T) dan gaya normal (N) dapat dipandang sebagai dua komponen dalam satu resultan yang membentuk sudut dengan garis lurus PP (gambar 1.1 )

PPNFT

Gambar 6.1 Sudut geser dalam ; PP adalah bidang geser ; N adalah gaya yang tegak lurus bidang geser ; T adalah gaya yang sejajar bidang geser ; F adalah resultan T dan N ; adalah sudut geser dalam (Billings, 1987)

6.2 Fungsi Kohesi dan Sudut Geser DalamKohesi dan sudut geser dalam merupakan parameter yang sangat berpengaruh dalam perhitungan tegangan geser batuan. Parameter kohesi dan sudut geser dalam merupakan sebagian dari sifat mekanis tanah yang mempengaruhi kekuatan geser batuan pada khususnya dan kemantapan lereng batuan pada umumnya. Hubungan kohesi dan sudut geser dalam terhadap kuat geser batuan dapat dirumuskan sebagai berikut : = c + tan Dimana : kuat geser batuan (ton/m2)c = kohesi (ton/m2) = tegangan efektif (ton/m2) = sudut geser dalam (derajat)

6.3 Perhitungan Kohesi dan Sudut Geser Dalam Menurut Kriteria Mohr ColoumbBila pada suatu spesimen batuan bekerja tegangan geser dan tegangan normal yang akan menyebabkan batuan tersebut mengalami retak pada bidang diskontinu dan mengalami geseran. Tegangan geser yang dibutuhkan akan bertambah sesuai pertambahan tegangan normal hingga batuan tersebut mengalami retak dan bergeser.

Gambar 6.2 Hubungan tegangan geser dan tegangan normal

Pada grafik hal ini berhubungan secara linier membentuk suatu garis yang membentuk sudut sebesar terhadap horizontal. Sudut inilah yang dinamakan sudut geser dalam.Bila tegangan normal dibuat nol dan kemudian batuan diberikan tegangan geser sampai batuan tersebut mulai retak, maka harga tegangan geser yang dibutuhkan pada saat batuan mulai retak adalah merupakan harga kohesi (c) dari batuan tersebut.Hubungan antara tegangan geser () dan tegangan normal ( ) menurut kriteria Mohr Coulomb dapat dinyatakan sebagai berikut: = c + tan Dimana : = kuat geser batuan (ton/m2) c = kohesi (ton/m2) ' = tegangan normal (ton/m2) = sudut geser dalam (derajat)

6.4 Perhitungan Kohesi dan Sudut Geser Dalam Menurut Kriteria Hoek and BrownSecara umum, kriteria mengenai keruntuhan (failure) menurut kriteria Hoek and Brown pada massa batuan yang terkekarkan didefinisikan sebagai berikut :

Dengan 1 dan 3 adalah tegangan efektif dan minimum pada saat runtuh. Dalam metode ini, tegangan utama maksimum (1 ) sesuai dengan tegangan utama minimum (3 ) pada keadaan runtuh didapatkan melalui rumus empiris yang bergantung pada faktor-faktor: a) Nilai GSI (Geological Strength Index)b) Kuat tekan uniaksial batuan utuh (ci)c) Konstanta material jenis batuan (mi)d) Tiga buah parameter empiris yang menggambarkan tingkat keruntuhan massa batuan, yaitu mb, s dan.

Parameter GSI (Geological Strength Index) merupakan indeks nilai kekuatan batuan yang ditemukan oleh Hoek (1994), dan telah disempurnakan kembali oleh Hoek dan Marinos (2000) yang merupakan suatu sistem untuk mengestimasikan pengurangan kekuatan massa batuan di lapangan berdasarkan kondisi geologis yang berbeda. Penilaian pada sistem GSI dapat dilihat pada gambar 6.5 .

Gambar 6.5 Penilaian Geological Stength Index untuk berbagai Struktur Batuan (Hoek-Brown, 2002)

Penilaian pada Geological Strength Index didasarkan pada dua parameter, yaitu struktur geologi batuan dan kondisi permukaan batuan tersebut.Struktur Geologi1. Batuan utuh atau masif dengan beberapa spasi diskontinuitas yang sangat jarang.2. Balok-balok massa batuan yang tidak terganggu dengan tingkat keterkuncian tinggi berbentuk tiga set bidang diskontinuitas ortogonal.3. Balok-balok massa batuan yang terkunci dan agak terganggu dimensi lebih kecil dengan banyak fase bersudut, terbentuk dari 4 set atau lebih diskontinuitas.4. Balok-balok massa batuan terganggu , terlipat dan/ atau tersesarkan dengan balok menyudut yang terbentuk oleh banyak bidang diskontinuitas yang saling berpotongan. 5. Massa batuan yang sangat terhancurkan, terdisinteregrasi dengan tingkat keterkuncian rendah, dengan campuran potongan-potongan batuan menyudut dan membundar.6. Batuan lemah yang terfoliasi/ terlaminasi/mengalami pergeseran secara tektonik, dengan skistositas rapat, berlaku terhadap setiap set diskontinuitas lain, yang menghilangkan bentuk balok secara total.Kondisi Permukaan1. Sangat BaikPermukaan sangat kasar , segar, tidak lapuk.2. BaikPermukaan kasar, agak lapuk, dan ternoda (stained).3. SedangPermukaan halus, lapuk sedang dan mengalami alterasi (perubahan).4. BurukPermukaan sangat terlapukkan dengan pelapis atau isian material padat dan fragment menyudut.5. Sangat BurukPermukaan sangat terlapukkan dengan pelapis atau isian lempung lunak.

Nilai konstanta material (mi) dan kuat tekan batuan utuh (ci) didapatkan dari hasil analisa statistik uji triaksial pada sejumlah sampel batuan. Namun apabila uji laboratorium tidak dapat dilakukan, maka tabel berikut dapat digunakan untuk mengestimasikan nilai mi dan ci.

Gambar 6.6 Estimasi nilai Kuat Tekan Batuan Utuh (ci) untuk Intact Rock (Hoek-Brown, 2002)

Gambar 6.7 Nilai mi untuk batuan utuh (Hoek-Brown, 2002)

Konstanta empiris mb merupakan konstanta Hoek and Brown untuk massa batuan, yang merupakan penurunan nilai material konstanta mi untuk batuan utuh, yang dapat dihitung dengan persamaan:

Nilai s dan merupakan konstanta untuk massa batuan yang dihitung dengan persamaan :

D adalah faktor ketergangguan (disturbance factor) yang tergantung pada derajat kerusakan batuan yang disebabkan oleh peledakan maupun pelepasan tegangan. Nilai D dapat bervariasi dari 0 untuk massa batuan in situ yang tidak terganggu sampai 1 untuk massa batuan yang sangat terganggu.

Gambar 6.8 Tabel Estimasi nilai Faktor Ketergangguan (D), (Hoek-Brown, 2002)

Setelah semua parameter didapatkan, nilai kohesi dan sudut geser dalam didapatkan dengan persamaan :

Dimana,

Nilai dicari dengan persamaan :

untuk lereng, dimana H = tinggi lereng

adalah kekuatan massa batuan global (global strength) yang didapat dengan persamaan :

atau

6.5 Perkiraan nilai Kohesi dan Sudut Geser Dalam menggunakan Rock Mass Rating Bieniawski (1973) mempublikasikan suatu metode klasifikasi massa batuan yang dikenal dengan Geomechanics Classification atau Rock Mass Rating (RMR).

Selama bertahun-tahun, klasifikasi massa batuan ini telah mengalami penyesuaian dan modifikasi hingga Bieniawski menggunakan sistem rating untuk mengklasifikasikan massa batuan. Sistem klasifikasi massa batuan RMR menggunakan enam parameter, dimana rating pada setiap parameter kemudian dijumlahkan untuk memperoleh nilai total dari RMR.

Dari kelas batuan yang dihasilkan oleh RMR, dapat diperkirakan nilai kohesi dan sudut geser dalam batuan dengan berdasarkan rentang nilai tertentu.Parameter Rock Mass Rating (RMR) :1. Kuat tekan batuan utuh (Strength of intact rock material)2. Rock Quality Designation (RQD)3. Jarak antar (spasi) kekar (Spacing of discontinuities)4. Kondisi kekar (Condition of discontinuities)5. Kondisi air tanah (Groundwater condition)6. Orientasi Kekar

A. Pembobotan Parameter Dalam RMR SistemTabel 6.1 Pembobotan parameter klasifikasi dalam RMR sistemNo.ParameterSelang Nilai

1Kekuatan BatuanIndeks Kekuatan Point Load (MPa)> 1010 44 22 1Untuk nilai yang lebih kecil penggunaan UCS lebih dianjurkan

UtuhKuat Tekan Unaxial (MPa)> 250250 100100 5050 2525 55 1< 1

Pembobotan151274210

2RQD (%)100 9090 7575 5050 25< 25

Pembobotan20171383

3Spasi Rekahan> 2 m2 0,6 m0,6 0,2 m200 60 mm< 60 mm

Pembobotan20161085

4Kondisi RekahanPermukaan sangat kasar tidak menerus, tidak renggang, tidak lapukAgak kasar, spasi < 1 mm, agak lapukAgak kasar, spasi < 1 mm, sangat lapukMaterial pengisi < 5mm, regangan 1 5 mm, menerusMaterial pengisi tebal > 5 mm, atau regangan > 5 mm, menerus

Pembobotan302520100

5Air TanahAliran per 10 meter panjang Tunnel (L/min)Tidak ada< 1010 2525 125> 125

Rasio tekanan air pori per tegangan utama0< 0,10,1 0,20,2 0,5> 0,5

Keadaan UmumKeringLembabBasahMenetesMengalir

Pembobotan1510740

Sumber : Rock Mass Rating (after Bienawski, 1989)

B. Penyesuaian Pembobotan Untuk Orientasi KekarTabel 6.2 Penyesuaian pembobotan untuk orientasi kekarOrientasi jurus dan kemiringanSangat menguntungkanMenguntungkanSedangTidak menguntungkanSangat tidak menguntungkan

PembobotanTerowongan0-2-5-10-12

Pondasi0-2-7-15-25

Lereng0-2-25-50-60

C. Kelas Massa Batuan Dari Pembobotan TotalTabel 6.3 Kelas massa batuan dari pembobotan totalPembobotan100 8180 6160 4140 20< 20

Nomor kelasIIIIIIIVV

DeskripsiSangat baikBaikSedangJelekSangat jelek

D. Arti Dari Kelas BatuanTabel 6.4 Arti dari kelas massa batuan dan perkiraan rentang nilai Kohesi dan Sudut Geser Dalam dari Kelas Massa BatuanNomor KelasIIIIIIIVV

Kohesi massa batuan (KPa)> 400400 300300 200200 100< 100

Sudut geser dalam massa batuan (o)> 4545 3535 2525 15< 15

7. Metodelogi Adapun langkah-langkah dalam pengerjaan tugas skripsi ini sebagai berikut :1. Studi literaturStudi literatur dilakukan dengan pencarian literatur dan referensi yang menunjang penelitian. Serta peningkatan pemahaman terhadap dasar-dasar teori yang dapat menjadi acuan dalam penelitian ini, termasuk dari kajian dan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. 2. Pengamatan lapanganPengamatan dilapangan meliputi pengamatan terhadap kondisi batuan pada lereng, pengukuran-pengukuran terhadap parameter RMR, dan pengambilan sampel batuan.3. Uji laboratoriumPengujian terhadap sampel batuan yang dilakukan di laboratorium dialkukan untuk mendapatkan nilai kohesi, sudut geser dalam dan tegangan normal pada batuan yang meliputi pengujian direct shear, uji kuat tekan (UCS) dan pengujian laboratorium lainnya yang dapat mendukung penelitian ini.4. Pengumpulan data1) Data PrimerData Primer adalah data yang diperoleh secara langsung dari kegiatan pengamatan lapangan dan pengujian di laboratorium.2) Data sekunderData sekunder adalah seluruh data pendukung yang dapat digunakan dalam membantu dalam penyelesaian penelitian ini.

5. Pengolahan dataPengolahan data diakukan dengan cara perhitungan terhadap data hasil uji laboratorium dan hasil pengamatan di lapangan untuk mendapatkan nilai kohesi dan sudut geser dalam batuan serta kelas masa batuan. Pengolahan data dilakukan dengan bantuan software komputer Microsoft Excel dan Rocscience RocData 3.0.

6. Analisis dataAnalisa data dilakukan secara kuantitatif guna memperoleh kesimpulan sementara. Selanjutnya kesimpulan sementara ini akan diolah lebih lanjut dalam pembahasan.

7. KesimpulanKesimpulan diperoleh setelah dilakukan korelasi antara pengolahan data yang telah dilakukan dengan permasalahan yang diteliti.

Studi LiteraturPenyelidikan LapanganPenentuan Parameter Hoek and Brown :GSIDmiPenentuan Parameter RMR :Spasi kekarKondisi kekarRQDKondisi Air TanahOrientasi strike/dipPengambilan Contoh BatuanPengujian Sample Batuan di LaboratoriumUji Direct ShearksialUji UCSNilai Kuat Tekan Batuan Utuh (sigci)ksialPengolahan data dengan software RocData 3.0Output nilai mb, s dan Pembuatan grafik Tegangan geser-Tegangan normalKlasifikasi Massa Batuan dengan RMRRentang nilai kohesi dan sudut geser dalam menurut kelas massa batuanPerhitungan nilai kohesi dan sudut geser dalam dengan Kriteria Hoek and BrownKesimpulanNilai kohesi dan sudut geser dalam menurut Kriteria Mohr Coloumb

Gambar 6.9 Diagram Alir Penelitian

Daftar Pustaka

1. Baskari, Tonny Lesmana, 2008, Kajian Klasifikasi Massa Batuan Terhadap Stabilitas Lereng Dan Penentuan Kekuatan Jangka Panjangnya Pada Operasi Penambangan Binungan PT. Berau Coal Kalimantan Timur, Teknik Pertambangan dan Perminyakan, ITB.2. Bieniawski, Z. T., 1989, Engineering Rock Mass Classifications. A complete Manual for Engineers and Geologists in Mining, Civil, and Petroleum Engineering. Mining and Mineral Resources Research Institute The Pennyslvania State University.3. Duncan, J.M, 2005, Soil Strentgh and Slope Stability, John Wiley & Sons. Inc, New Jersey.4. Marinos P, Hoek E, 2000, GSI: A geologically friendly tool for rock mass strength estimation, Melbourne, Technomic publishers, Lancaster.5. Wyllie, Duncan C, 2007, Rock Slope Engineering, St Edmunsbury Press Ltd, Suffolk.

Samarinda, 8 Maret 2012Ketua Program Studi, Yang mengusulkan,

Agus Winarno, ST.MT.Teuku Adil AbdillahNIP. 19700927 200312 001NIM. 0709045065