Rock Mass Properties

ROCK MASS PROPERTIES

Pendahuluan

Diperlukan estimasi yang kuat untuk untuk menentukan karakteristik dari kekuatan dan deformasi dari massa batuan untuk analisa yang digunakan untuk keperluan desain kelerengan, pembuatan pondasi, dan penggalian. Hoek dan Brown(1980a, 1980b) mengajukan metode untuk mendapatkan perkiraan kekuatan dari batuan yang terkekarkan berdasar dugaan interlocking of rock block dan kondisi permukaan di antara block tersebut. Metode ini telah dikembangkan selama bertahun – tahun guna memenuhi kebutuhan para pengguna aplikasi geoteknik. Penerapan metode tersebut untuk kualitas massa batuan yang buruk, memerlukan beberapa pengembangan (Hoek, Wood and Shah 1992). Dalam waktu yang singkat telah berkembang dan menghasilkan suatu parameter klasifikasi yang disebut Geological Strength Index (Hoek, Kaiser and Bawden 1995, Hoek 1995, Hoek and Brown 1997).

Contoh - contoh penggunaan estimasi properti massa batuan

Berikut akan dijelaskan contoh – contoh untuk mengilustrasikan rentang properti massa batuan yang mungkin ditemukan di lapangan serta penjelasan bagaimana estimasi properti massa batuan dikerjakan di berbagai macam proyek nyata di lapangan.

1. Massive weak rock (batuan lemah yang masif)

Karzulovic and Diaz (1994) menjelaskan hasil dari program triaxial test pada batuan breksi yang tersementasi atau yang dikenal dengan Braden Breccia dari area pertambangan El Teniente di Chile. Untuk tujuan pembukaan penggalian bawah tanah pada batuan tersebut, percobaan dilakukan untuk mengklasifikasi massa batuan sesuai dengan sistem RMR dari Bieniawski.

Akan tetapi massa batuan tersebut memiliki tingkat diskontinuitas yang rendah sehingga untuk memberikan nilai yang pasti mengenai jarak pengkekaran dan kondisi dari batuan tersebut sulit dilakukan. Akhirnya dengan kondisi – kondisi yang terbatas tersebut massa batuan dianggap sebagai batuan lemah tetapi homogen secara utuh, dan untuk menentukan propertinya dilakukan triaxial test dari suatu spesimen batuan berdiameter besar.

Serangkaian triaxial stress dilakukan pada core spesimen berdiameter 100mm. Kemudian didapatkan parameter – parameter seperti dibwah ini

Intact rock strength σci 51 MPa

Friction angle φ′ 42°

Hoek-Brown constant mi 16.3

Cohesive strength c′ 4.32 MPa

Geological Strength Index GSI 75

Deformation modulus Em 30000 Mpa

Hoek-Brown constant s 0.062

2. Massive strong rock mass (massa batuan kuat yang masif)

Proyek penyimpanan pompa air bawah tanah Rio Grande di Argentina memiliki pembangkit listrik raksasa, pengontrol goncangan kompleks serta terowongan sepanjang 6 km. Massa batuan di sekitar area pengalian tersebut berupa massive gneiss dengan sedikit kekar .

Massa batuan tersebut digolongkan sebagai blocky atau batuan sangat baik, didapat nilai GSI sebagai berikut

Intact rock strength σci 110 MPa Friction angle φ′ 43° Hoek-Brown constant mi 17.7 Cohesive strength c′ 9.4 MPa Geological Strength Index GSI 75 Rock mass compressive strength σcm 43 MPa Hoek-Brown constant mb 7.25 Rock mass tensile strength σtm -0.94 MPa Hoek-Brown constant s 0.062 Deformation modulus Em 42000 MPa Constant a 0.5

3. Average quality rock mass (massa batuan kualitas sedang)

Penggalian goa pembangkit listrik di Nathpa Jhakri Hydroelectric project di Himachel Pradesh, India menembus massa batuan berupa jointed quartz mica schist , didapatkan nilai – nilai parameter sebagai berikut

Intact rock strength σci 30 MPa Friction angle φ′ 40° Hoek-Brown constant mi 15.6 Cohesive strength c′ 2.0 MPa Geological Strength Index GSI 65 Rock mass compressive strength σcm 8.2 MPa Hoek-Brown constant mb 4.5 Rock mass tensile strength σtm -0.14 MPa Hoek-Brown constant s 0.02 Deformation modulus Em 13000 MPa Constant a 0.5

4. Poor quality rock mass at shallow depth Kavvadas et al (1996) menjelaskan beberapa isu geoteknik

yang berhubungan dengan konstruksi terowongan sepanjang 18 km dan 21 pos bawah tanah di Athena. Penggalian tersebut merupakan penggalian dangkal sekitar 15 – 20 m menuju puncak terowongan. Masalah yang terjadi adalah adanya subsidence di sekitar area pembukaan penggalian. Batuan di area tersebut dikenal dengan Athenian schist yang dipakai untuk mendeskripsikan Upper Cretaceous flysch-type sediments yang terdiri dari lapisan tipis clayey and calcareous sandstones, siltstones (greywackes), slates, shales dan limestones. Selama era Eocene, formasi Athenian schist formations mengalami banyak tektonik berupa folding(perlipatan) dan Thrusting(sesar naik). kemudian zona sesar yang luas menyebabkan extensional fracturing and pelapukan yang meluas dan alterasi dari endapan.

Properti massa batuan dari schist yang terdekomposisi dengan nilai GSI 20 diberikan sebagai berikut

Intact rock strength σci 5-10 MPa Constant a 0.55 Hoek-Brown constant mi 9.6 Friction angle φ′ 22.4° Geological Strength Index GSI 20 Cohesive strength c′ 0.09-0.18 MPa Hoek-Brown constant mb 0.55 Rock mass strength σcm 0.27-0.53 MPa Hoek-Brown constant s 0 Deformation modulus Em 398-562 MPa

6. Poor quality rock mass under high stress

Terowongan Yacambú Quibor di Venezuela merupakan salah satu terowongan tersulit di dunia. Terowongan tersebuit merupakan terowongan penyuplai air sepanjang 26 km di kaki pegunungan Andes, konstruksi ini menggali batupasir dan fillit pada kedalaman sekitar 1200m di bawah permukaan. Graphitic phyllite adalah batuan dengan kualitas angat rendah dan memiliki permasalahan dengan efek tekanan. Pada 1979 sebuah full-face tunnel-boring machine mengalami kerusakan total akibat terjebak oleh keadaan tanah yang terkena tekanan. Karena keadaan yang jelek tersebut graphitic Phyllite memiliki nilai compressive strength sebesar 15 MPa dan nilai GSI sekitar 24,

Berikut properti massa batuan secara lengkap untuk graphitic Phyllite

Intact rock strength σci 15 MPa Constant a 0.53 Hoek-Brown constant mi 10 Friction angle φ′ 24° Geological Strength Index GSI 24 C ohesive strength c′ 0.34 MPa Hoek-Brown constant mb 0.66 Rock mass strength σcm 1 MPa Hoek-Brown constant s 0 Deformation modulus Em 870 MPa

7. Slope stability considerations ( penggolongan stabilitas kelerengan )

Ketika berhadapan dengan masalah kestabilan lereng, diperlukan kehati – hatian yang ekstra ketika melakukan percobaan di lapangan dalam penerapan kriteria failure Hoek-Brown terutama untuk kelerengan yang curam.

Gambar 11.30 menggambarkan bahwa meskipun batuan pada sistem kelerengan tersebut tampak memenuhi kriteria failure Hoek-Brown, tetapi tidak menutup kemungkinan terjadinya keruntuhan struktural dangkal akibat adanya tekanan rendah yang terdapat pada lereng tersebut.

Langkah yang umum dilakukan ketika melakukan desain kelerengan pada tubuh batuah adalah dengan melakukan percobaan awal untuk mengetahui potensi keruntuhan yang diakibatkan oleh kondisi struktur yang berlawanan .

Figure 11.31 menggambarkan sebuah kasus dimana keruntuhan lereng disebabkan oleh sesar pada dip (bidang kemiringan) bagian luar.

Kesimpulan

Untuk menentukan nilai properti massa batuan , percobaan – percobaan dilakukan pada beberapa kasus nyata di lapangan. Contoh – contoh di atas digunakan untuk mengklasifikasi properti massa batuan berdasar sistem klasifikasi yang telah dikemukakan oleh para ahli geoteknik.

Dari beberapa kasus diatas didapatkan hasil klasifikasi dari beberapa kasus dengan kondisi yang berbeda – beda pada masing – masing batuan baik dari segi komposisi maupun strukturnya.

No. Lokasi Proyek Jenis Batuan

Kelas

1. Pertambangan El Teniente, Chile

Bradden Breccia

Massive weak rock

2. Rio Grande, Argentina Gneiss Massive Strong Rock

3. Himachel Pradesh, India quartz mica schist

Average quality rock mass

4. Athena, Yunani Athenian schist

Poor quality rock mass at

shallow depth

5. Terowongan Yacambú Quibor, Venezuela

graphitic Phyllite ,

sandstone

Poor quality rock mass under high

stress

Klasifikasi tersebut digunakan sebagai estimasi untuk menentukan karakteristik dari kekuatan dan deformasi dari massa batuan untuk analisa yang digunakan untuk keperluan desain kelerengan, pembuatan pondasi, dan penggalian

Sekian. Terimakasih.