TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Landasan Teori
2.1.2 Bidang Diskontinuitas
2.1.2.3 Kondisi Bidang Diskontinuitas
1. Persistence atau Kemenerusan Bidang Diskontinuitas
Persisitence didefenisikan sifat kemenerusan dari bidang-bidang kekar yang didefenisikan sebagai panjang dari diskontinuitas pada massa batuan dan dapat diukur panjangnya. Persistensi ditentukan dengan mengamati dan mengukur panjang dari bidang kekar di massa batuan. Menurut Wyllie dan Mah (2004) persistence merupakan pengukuran panjang diskontinuitas atau luas diskontinuitas. Parameter ini menetapkan ukuran blok dan panjang potensi permukaan gelincir. Giani (1992) persistence secara kasar dapat dikuantifikasi melalui observasi panjang diskontinuitas pada permukaan batuan. Klasifikasi persistensi kekar dapat dilihat pada Tabel 2.3
Tabel 2.3
Klasifikasi Persistensi (ISRM, 1981)
Deskripsi Panjang kekar (m) Persistensi sangat rendah < 1
Persistensi rendah 1 – 3
Persistensi menengah 3 – 10 Persistensi tinggi 10 – 20 Persistensi sangat tinggi > 20 Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011
15
Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011
Gambar 2.1 Pengukuran spasi dan persistence diskontinuitas (Wyllie dan Mah, 2004). Keterangan : c kekar dalam area, t kekar memotong area, dip o
, rata-rata spasi S 2. Kekasaran (Roughness)
Pada analisis orientasi dan persistence, bidang diskontinuitas dianggap sebagai bidang planar, tetapi permukaannya bisa saja kasar (Hudson dan Harrison, 1997). Giani (1992) parameter kekasaran menunjukkan indeks tidak rata dan gelombang pada diskontinuitas batuan. Diskontinuitas bergelombang dicirikan oleh skala indulasi yang besar, sedangkan diskontinuitas tidak rata ditandai oleh skala kekasaran kecil. Selain itu menurut Wyllie dan Mah (2004) secara umum bentuk permukaan diskontinuitas memiliki permukaan yang kasar, jika berbentuk indulasi akan memiliki permukaan halus dan jika planar maka bidang permukaannya slickensides.
Giani (1992) profil tingkat kekasaran diskontinuitas dapat diobservasi melalui sepanjang sumbu, yang diestimasikan sebagai arah potensi pergeseran diskontinuitasnya. Metode pengukurannya dapat dilakukan melalui berbagai
16
skala, dari skala singkapan yang dilakukan di lapangan, juga melalui skala terkecil di laboratarium. Hudson dan Harrison (1997) pengukuran kekasaran dapat pula dilakukan dengan mereferensi pada chart standard dan formulasi matematik. Wyllie dan Mah (2004) pada tahap investigasi pendahuluan biasanya dilakukan penilaian visual kekasaran, ditetapkan sebagai joint rough coefficient (JRC) dari Barton (1973). Giani (1992) menyebutkan bahwa nilai kekasaran permukaan diskontinuitas berguna untuk mengetahui kuat geser, khususnya pada dinding diskontinuitas yang belum mengalami dislokasi dan belum terisi.
Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011
Gambar 2.2 Survey tingkat kekasaran pada skala berbeda dengan referensi untuk keperluan tes kuat geser, (Giani, 1992) ; dimana i sebagai sudut
gelombang, 1) Ukuran shear test laboratorium, 2) Ukuran volume blok pada in situ test
Wyllie dan Mah (2004) nilai JRC dapat diestimasikan secara visual dengan membandingkan kondisi permukaan terhadap profil standar berdasarkan kombinasi ketidakteraturan permukaan pada skala beberapa sentimeter dan gelombangan pada skala beberapa meter. Palmstorm (1995) metode JRC dari
17
Barton (1973) nilainya berkisar dari lima untuk bidang kekar planar sampai dua puluh untuk kekar bergelombang kasar. Nilai tersebut merupakan perkiraan subyektif dari perbandingan profil kekasaran standar.
Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011
Gambar 2.3 Metode alternatif untuk estimasi nilai JRC dari pengukuran simpangan dari rata-rata air (Barton, 1982)
Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011
Gambar 2.4 Profil tingkat kekasaran untuk nilai kisaran JRC (Barton dan Choubey,1977)
19 3. Bukaan atau rongga (Aperture)
Wyllie dan Mah (2004) menjelaskan besarnya rongga diskontinuitas diperoleh dari pengukuran jarak tegak lurus antara dinding batuan berdekatan dari bidang diskontinuitas yang di dalamnya terisi udara atau air. Dimana kehadiran rongga pada diskontinuitas akan mempengaruhi nilai kuat massa batuan dan besarnya hidraulic conductivity air tanah, sehingga berguna untuk memprediksi perilaku massa batuan.
Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011
Gambar 2.5 Blok-blok Batuan dengan diskontinuitas di dalamnya (Giani, 1992) : a) tertutup, b) terbuka (rongga), c) terisi
Giani (1992) rongga dibedakan berdasarkan besarnya bukaan diskontinuitas, seperti pada Gambar 2.5. Secara umum rongga-rongga massa batuan di bawah permukaan adalah kecil, mungkin kurang dari setengah milimeter. Menurut Wyllie dan Mah (2004) rongga dengan bukaan (> 1 m) sebagai kategori yang besar dan jika (< 0,1 mm) dikategorikan sangat rapat.
Secara lengkap pembangian kategori rongga dilakukan oleh Barton (1973) lihat tabel 2.4. Giani (1992) asal mula terbentuknya rongga dapat merupakan hasil shear displacement diskontinuitas dengan kekasaran dan gelombangan cukup
besar dari bukaan tarikan, pencucian (outwash), pelarutan dan dari tarikan diskontinuitas vertikal oleh erosi lembah atau proses glasiasi.
Tabel 2.4
Deskripsi Keadaan Rongga pada Permukaan Diskontinuitas (Barton, 1973)
Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011 4. Isian (filling material)
Goodman (1970) mengatakan bahwa kuat geser rekahan akan turun dan menjadi sama dengan kuat geser material pengisi jika ketebalan material pengisi minimal 50% lebih daripada amplitudo gelombang muka bidang gesernya (undulation).
Material pengisi didefenisikan sebagai isian celah anatr permukaan bidang kekar yang umumnya terdiri dari pasir, kalsit, lempung, lanau, breksi, kuarsa dan pyrite. Material pengisi akan mempengaruhi kuat geser bisang kekar. Isian mempunyai dua hal yang berpengaruh yaitu:
1. Tergantung ketebalannya, isian menghambat penguncian yang diakibatkan kekerasan rekahan
Deskripsi Lebar rongga Sangat rapat < 0,1 mm
2. Sifat isian itu sendiri yaitu kuat geser, permeabilitas, dan perilaku deformasi.
Sehingga perlu diketahui jenis, ketebalan, kesinambungan, dan hubungan isian satu sama lain.
Wyllie dan Mah (2004) mendefinisikan pengisi sebagai material yang memisahkan dinding batuan yang berdekatan pada suatu diskontinuitas. Giani (1992) pengisi ini biasanya lebih lemah kekuatannya dari batuan induk. Tipe pengisi bisa berupa pasir, lanau, lempung, breksi, gauge dan mylonit. Adapun untuk mineral pengisi seperti kalsit, kuarsa dan pirit memiliki kekuatan yang tinggi. Sehingga secara mekanika material pengisi ini mempengaruhi kuat geser diskontinuitas. Menurut Wyllie dan Mah (2004) material pengisi dapat dipergunakan untuk memprediksi perilaku diskontinuitas batuan.
Berdasarkan pola pengisi, akan dijumpai dua tipe utama pengisi pada diskontinuitas, yang sekaligus dapat dipergunakan untuk memprediksi arah bukaan rekahan dan kecepatannya terbentuk dapat (Pluijm dan Marshak, 2004).
Pada pekerjaan survey geologi terhadap singkapan batuan menurut Giani (1992) serta Wyllie dan Mah (2004) berbagai sifat fisik diskontinuitas berikut harus dicatat seperti : mineralogi, tingkatan dan ukuran partikel, kandungan air dan permeabilitas, perpindahan geser sebelumnya (offset), kekasaran dinding, lebar, rekahan dan hancuran dinding batuan dan rasio over-cosolidation.
Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011
Gambar 2.6 Tipe urat pengisi (Pluijm dan Marshak, 2004) : (a) blocky vein, (b) fibrous vein, (c) dan (d)arah bukaan diskontinuitas sama dengan sumbu
fiber
Sehingga berdasarkan parameter deskripsi tersebut di atas dipergunakan untuk memenuhi berbagai hal berikut ini (Giani, 1992) :
1. Geometri : Lebar, kekasaran dinding, sketsa lapangan
2. Tipe pengisi : Mineralogi, ukuran partikel, tingkat pelapukan, parameter indeks batuan dan tanah, potensi pengembangan.
3. Kekuatan pengisi : Indeks manual kekuatan dan kekerasan batuan dan tanah ditentukan oleh penetrasi, penghancuran, penggoresan material menggunakan tangan, pisau atau palu geologi, kuat geser, rasio over-consolidation untuk dinding yang bergeser atau yang masih tetap.
4. Seepage : Estimasi kandungan air dan permeabilitas menggunakan uji cepat secara in situ.
5. Luahan (seepage)
Seepage berhubungan dengan aliran air dan uap bebas pada diskontinuitas atau massa batuan. Umur diskontinuitas dan asal mula kejadiannya adalah penting untuk menilai transmisivity air (Giani, 1992), karena mampu menyediakan informasi keadaan bukaan atau celah tempat mengalirnya air melalui struktur sekunder. Kategori seepage bervariasi dari kering sampai mengalir kontinu, sehingga observasi menunjukkan posisi muka air tanah dan tinggi-rendah konduktifitas batuan (Wyllie dan Mah, 2004).
Iklim turut mempengaruhi keterdapatan seepage, dan besarnya infiltrasi air tanah (Wyllie dan Mah, 2004). Infiltrasi air tanah dinilai berdasarkan faktor-faktor penting yang mempengaruhinya seperti meteorologi, morfologi dan geologi hidrogeologi (Celico, 1986 dalam Giani, 1992).
6. Kekuatan Dinding (Wall Strength)
Giani (1992) mendefinisikan kekuatan dinding sebagai ekuivalen dengan kuat kompresi pada dinding batuan berdekatan dari suatu diskontinuitas. Nilainya merupakan komponen penting dari kuat geser dan deformability, khususnya jika kekar atau diskontinuitas dapat menunjukkan hubungan dari batu ke batu kontak atau batu yang berkekar tak terisi. Kekuatan dinding bisa lebih rendah daripada kekuatan batuan yang disebabkan oleh pelapukan atau alterasi. Wyllie dan Mah (2004) kekuatan dinding diskontinuitas mempengaruhi kuat geser pada permukaan kasar. Deskripsi semi kuantitatif dan kuantitatif kekuatan dinding diperoleh menggunkan palu geologi, pisau dan Schmidt Hammer (Giani, 1992).
Tabel 2.5
Klasifikasi Kekuatan Batuan Berdasarkan Nilai Uniaxial Compressive Strengt/UCS (Wyllie dan Mah, 2004)
Grade Deskripsi Identifikasi lapangan UCS (MPa) R6 Batuan kuat
sekali
Percontoh hanya berupa chip menggunakan palu geologi
> 250
R5 Batuan
sangat kuat
Percontoh membutuhkan banyak pukulan palu geologi untuk memecahkannya
100-250
R4 Batuan kuat Percontoh membutuhkan lebih sekali pukulan palu geologi untuk memecahkannya
50-100
R3 Batuan kuat menengah
Percontoh dapat dipecahkan melalui sekali pukulan palu geologi
25-50
R2 Batuan
lemah
Dapat dikelupas menggunakan pisau secara hati-hati, titik lekukan dangkal menggunakan palu geologi
5,0-25
R1 Batuan
sangat lemah
Hancur dipukul menggunakan palu geologi dan dapat dikelupas menggunakan pisau
1,0-5,0
R0 Batuan
lemah sekali
Dapat ditusuk menggunakan kuku tangan
0,25-1,0
Sumber: Made Astaw Rai, dkk., 2011
Wyllie dan Mah (2004) mengklasifikasikan kekuatan batuan khususnya menjadi tujuh tingkatan (lihat tabel 2.5). Pembagiannya berdasarkan nilai kekuatan uniaxial compressive strength (UCS), mulai dari batuan kuat sekali untuk nilai UCS lebih besar dari 250 Mpa, sampai batuan sangat lemah dengan nilai UCS berkisar antara 0,25-1,0 Mpa. Adapun metode pengukuran kekuatan kompresi bisa melalui point load test untuk cere bor atau bongkahan percontoh, dan menggunakan schmidt hammer pada permukaan diskontinuitas batuan. Giani (1992) uji menggunakan schmidt hammer dilakukan untuk mengestimasikan joint wall compressive strength (JCS), serta berhubungan terhadap densitas batuan yang diujikan.