BATUAN DAN MEKANIKA BATUAN

~~Baca Juga:~~

Definisi Batuan

Berbagai defenisi batuan sebagai objek dari mekanika batuan telah diberikan oleh para ahli dengan disiplin ilmu yang saling berhubungan.

1. Menurut para geologiwan :

Batuan adalah susunan mineral dan bahan organis yang bersatu membentuk kulit bumi.
Batuan adalah semua material yang membentuk kulit bumi yang dibagi atas

Batuan yang terkonsolidasi (consolidated rock).
Batuan yang tidak tekonsolidasi (unconsolidated rock).

2. Menurut para ahli teknik sipil khususnya para ahli geoteknik :

Istilah batuan hanya untuk formasi yang keras dan solid dari kulit bumi.
Batuan adalah suatu bahan yang keras dan koheren atau yang telah terkonsolidasi dan tidak dapat digali dengan cara biasa, misalnya dengan cangkul dan belincong.

3. Menurut Talobre,

Orang yang pertama kali memperkenalkan mekanika batuan di Perancis pada tahun 1948. Batuan adalah material yang membentuk kulit bumi termasuk fluida yang berada didalamnya (seperti air, minyak, dll).

4. Menurut ASTM :

Batuan adalah suatu bahan yang terdiri dari mineral padat (solid) berupa massa yang berukuran besar atau pun berupa fragmen-fragmen.

5. Batuan adalah campuran dari satu atau lebih mineral yang berbeda, tidak mempunyai komposisi kimia tetap.

Dari defenisi diatas dapat disimpulkan bahwa batuan tidak sama dengan tanah. Tanah dikenal sebagai material yang mobile, rapuh dan letaknya dekat dengan permukaan bumi.

Komposisi Batuan.

Kulit bumi, 99% dari beratnya terdiri dari 8 unsur : O, Si, Al, Fe, Ca, Na, Mg, H.
Komposisi dominan dari kulit bumi tersebut adalah :

SiO₂ = 59,8%

Al₂O₃ = 14,9%

CaO = 4,9%

MgO = 3,7%

FeO = 3,39%

Na₂O = 3,25%

K₂O = 2,98%

H₂O = 2,02%

Fe₂O₃ = 2,69%

Batuan terdiri dari bagian yang padat baik berupa kristal maupun yang tidak mempunyai bentuk tertentu dan bagian kosong seperti, pori-pori, fissure, crack, joint, dll.

Sifat Batuan

Sifat batuan yang sebenarnya di alam adalah :

1. Heterogen.

Jenis Mineral Pembentuk batuan yang berbeda.
Ukuran dan bentuk partikel/butir berbeda didalam batuan.
Ukuran, bentuk dan penyebaran void berbeda didalam batuan.

2. Diskontinu.

Masa batuan dialam tidak kontinu (diskontinu) karena adanya bidang-bidang lemah (crack, joint, fault, fissure) dimana kekerapan, perluasan dan orientasi dari bidang-bidang lemah tersebut tidak kontiniu.

3. Anisotrope.

Karena sifat batuan yang heterogen, diskontinu, anisotrope maka untuk dapat menghitung secara matematis misalnya sebuah lubang bukaan yang disekitarnya terdiri dari batuan, B₁, B₂, B₃, yang mempunyai sifat homogen, kontinu dan isotrop. seperti gambar dibawah ini.

Gambar Asumsi batuan ekivalen untuk mempermudah perhitungan didalam mekanika batuan.

Definisi Ilmu Mekanika Batuan

Defenisi Mekanika batuan telah diberikan oleh beberapa ahli atau komisi-komisi yang bergerak dibidang ilmu-ilmu tersebut.

1. Menurut TALOBRE :

Mekanika batuan adalah sebuah teknik dan juga sains yang tujuannya adalah mempelajari perilaku (behaviour) batuan ditempat asalnya untuk dapat mengendalikan pekerjaan-pekerjaan yang dibuat pada batuan tersebut (seperti penggalian dibawah tanah, dan lain-lainnya).

Untuk mencapai tujuan tersebut, Mekanika batuan merupakan gabungan dari :

Teori + Pengalaman + Pekerjaan/Pengujian di Laboratorium + Pengujian in-situ.

Sehingga mekanika batuan tidak sama dengan ilmu geologi yang didefenisikan oleh TALOBRE sebagai sains deskriptif yang mengidentifikasi batuan dan mempelajari sejarah dari batuan.

Demikian juga mekanika batuan tidak sama dengan ilmu geologi terapan. Ilmu geologi terapan banyak mengemukakan problema-problema yang paling sering dihadapi oleh para geologiwan diproyek-proyek seperti proyek bendungan, terowongan. Dengan mencari analogi-analogi, terutama dari proyek-proyek yang sudah dikerjakan dapat menyelesaikan kesulitan-kesulitan yang dihadapi pada proyek yang sedang dikerjakan. Meskipun penyelesaian ini masih secara empiris dan kualitatif.

2. Menurut Coates, seorang ahli mekanika batuan dari Canada :

Mekanika adalah ilmu yang mempelajari efek dari gaya atau tekanan pada sebuah benda. Efek ini bermacam-macam, misalnya percepatan, kecepatan, perpindahan.
Mekanika batuan adalah ilmu yang mempelajari efek dari pada gaya terhadap batuan.

Efek utama yang menarik bagi para geologiwan adalah perubahan bentuk. Para ahli geofisika tertarik pada aspek dinamis dari pada perubahan volume dan bentuk yaitu gelombang seismik.

Bagi para insinyur, mekanika batuan adalah :

Analisis dari pada beban atau gaya yang dikenakan pada batuan.
Analisis dari dampak dalam yang dinyatakan dalam tegangan (stress), regangan (strain) atau energi yang disimpan.
Analisis akibat dari dampak dalam tersebut, yaitu rekahan (fracture), aliran atau deformasi dari batuan.

3. Menurut “US National Committee on Rock Mechanics (1964).

Mekanika batuan adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang perilaku (behavior) batuan baik secara teoritis maupun terapan, merupakan cabang dari ilmu mekanika yang berkenaan dengan sifat batuan terhadap medan-medan gaya pada lingkungannya.

4. U m u m

Mekanika batuan adalah ilmu yang mempelajari sifat dan perilaku batuan bila terhadapnya dikenakan gaya atau tekanan.

Ruang Lingkup Mekanika Batuan

Secara luas sasaran dari mekanika batuan adalah aplikasinya pada pemecahan persoalan-persoalan geoteknik, yang antara lain adalah :

Menyelenggarakan penyelidikan yang bersifat teknik pada batuan.
Mengembangkan cara pengambilan percontoh batuan secara rasionil dan metoda identifikasi serta klasifikasi batuan.
Mengembangkan peralatan uji batuan yang baik dan metoda standard pengujian untuk kuat tekan serta kuat geser.
Mengumpulkan dan mengklasifikasikan informasi batuan dan sifat-sifat fisiknya dalam dasar ilmu mekanika batuan, teknik fondasi dan teknik bangunan air.
Berdasarkan hasil-hasil pengujian yang dilakukan pada batuan, dapat dipelajari sifat fisik, sifat mekanik (statik dan dinamik), elastisitas, plastisitas, perilaku batuan, dan bentuk kerusakan (failure) dibawah beban statik dan dinamik dari batuan tersebut.
Mempelajari sifat batuan dibawah kondisi thermal dan sistem keairan (water regimen).
Menyangkut struktur statik dan dinamik dari batuan.
Mengembangkan metoda pengukuran dilapangan (Institu dari sifat deformasi statik dan dinamik batuan serta tegangan sisa didalam batuan dibawah kondisi lingkungan yang bermacam-macam seperti pelapukan, “leaching”, seisimik dan tektonik.
Menyelenggarakan penelitian terhadap mekanisme kerusakan/kehancuran batuan.
Mengorganisir penelitian tentang perkuatan batuan dan pengukuran tegangan institu.
Mengganti dengan metoda ilmiah dari perencanaan teknik pada batuan yang banyak menggunakan metoda empiris sebelumnya, sehingga turut memberikan kontribusi terhadap kemajuan disiplin ilmu mekanika batuan.
Merangsang dan menyebarkan ilmu pengetahuan tentang batuan dan mekanika batuan.
Mempergunakan mekanika batuan untuk memecahkan persoalan-persoalan teknik secara praktis.
Mempelajari sikap massa batuan asli dibawah kondisi beban dan kondisi lingkungannya.
Menyangkut struktur statik batuan dan kestabilan batuan sangat penting ditinjau dari sudut keamanan (safety) dan ekonomi.

Beberapa Ciri Dari Mekanika Batuan

Didalam ukuran besar, solid dan massa batuan yang kuat/keras, maka batuan dapat dianggap kontinu.

Bagaimanapun juga karena keadaan alamiah dan lingkungan geologi, maka batuan tidak kontinu (diskontinu) karena adanya kekar, fissure, schistoty, crack, cavities dan diskontinuitas lainnya. Untuk kondisi tertentu, dapat dikatakan bahwa mekanika batuan adalah mekanika diskontinu atau mekanika dari struktur batuan
Secara mekanika, batuan adalah sistem “Multiple body".
Analisis mekanika tanah dilakukan pada bidang, sedang analisis mekanika batuan dilakukan pada bidang dan ruang.
Mekanika batuan dikembangkan secara terpisah dari mekanika tanah, tetapi ada beberapa yang tumpang tindih.
Mekanika batuan banyak menggunakan :

Teori elastisitas.
Teori plastisitas.
Dan mempelajari batuan, sistem struktur batuan secara eksperimen.

Gambar Sistem batuan “single body” dan “Multiple body”

Proses pembentukan Batuan

Berdasarkan proses pembentukannya, batuan dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis utama:

Batuan Beku: Terbentuk dari magma yang mendingin dan mengeras. Contohnya: granit, basal, dan obsidian.
Batuan Sedimen: Terbentuk dari akumulasi sedimen yang terendapkan dan terpadatkan. Contohnya: pasir, batu gamping, dan batu bara.
Batuan Metamorf: Terbentuk dari transformasi batuan yang sudah ada akibat tekanan dan suhu tinggi. Contohnya: marmer, sekis, dan gneiss.

Beberapa Persoalan Dalam Mekanika Batuan

Beberapa persoalan timbul didalam mekanika batuan dan erat hubungannya dengan aktifitas yang dilakukan oleh manusia pada batuan (Gambar dibawah) seperti persoalan fondasi pada batuan, penggalian batuan dibawah permukaan tanah baik untuk pekerjaan teknik sipil maupun pertambangan, pemakaian batuan sebagai bahan bangunan dan sebagainya.

Gambar Beberapa aktifitas manusia pada batuan

Adapun persoalan didalam mekanika batuan antara lain :

Bagaimana reaksi dari batuan ketika diambil untuk dipergunakan ?
Berapa dan bagaimana besarnya daya dukung (bearing capacity) dari batuan dipermukaan dan pada berbagai kedalaman untuk menerima berbagai beban ?
Bagaimana kekuatan geser batuan ?
Bagaimana sikap batuan dibawah beban dinamis ?
Bagaimana pengaruh gempa pada sistem fondasi didalam batuan ?
Bagaimana nilai modulus elastisitas dan Poisson’s ratio dari batuan ?
Bagaimana pengaruh dari bidang-bidang lemah (kekar, bidang perlapisan, schistosity, retakan, rongga dan diskontinuitas lainnya) pada batuan terhadap kekuatannya ?
Metoda pengujian laboratorium apa saja yang paling mendekati kenyataan untuk mengetahui kekuatan fondasi atau sifat batuan dalam mendukung massa batuan ?
Bagaimana memperhitungkan kekar dan sesar dalam perencanaan pekerjaan didalam batuan ?
Bagaimana menanggulangi deformasi yang diakibatkan oleh perbedaan yang bersifat perlahan-lahan (creep) pada batuan ?
Hukum apa saja yang menyangkut aliran plastik (plastic flow) dari batuan?
Bagaimana pengaruh “anisotrope” terhadap distribusi tegangan dalam batuan?
Bagaimana korelasi dari hasil-hasil pengujian kekuatan batuan yang telah dilakukan dilapangan dan dilaboratorium dalam menyiapkan percontoh batuan ?
Bagaimana metoda pengujian yang akan dilaksanakan yang sesuai dengan kondisi lapangan terhadap sifat-sifat batuannya ?
Bagaimana mekanisme keruntuhan/kehancuran dari batian (failure of rock) ?
Dapatkah keadaan tegangan didalam massa batuan dihitung secara tepat, atau bahkan dapat diukur ?
Faktor-faktor apa saja yang menyangkut perencanaan kemiringan lereng dari suatu massa batuan ?
Apakah “roof bolting” pada atap sebuah lubang bukaan dibawah tanah sudah aman sehingga lubang tersebut dapat digunakan sebagai instalasi yang permanen?

Mekanika Batuan: Mempelajari Perilaku Batuan

Mekanika batuan adalah cabang ilmu yang mempelajari perilaku batuan di bawah pengaruh gaya. Ilmu ini sangat penting dalam berbagai bidang, seperti:

Teknik Sipil: Untuk merancang struktur seperti bendungan, terowongan, dan bangunan bawah tanah.
Pertambangan: Untuk memahami sifat mekanik batuan dalam proses ekstraksi mineral.
Geoteknik: Untuk menganalisis kestabilan lereng, pondasi, dan terowongan.
Geologi Teknik: Untuk mengevaluasi potensi bahaya geologi seperti longsor dan gempa bumi.

Konsep Dasar dalam Mekanika Batuan:

Kekuatan Batuan: Kemampuan batuan untuk menahan beban tanpa mengalami kerusakan.
Deformasi Batuan: Perubahan bentuk atau volume batuan akibat gaya yang bekerja padanya.
Kestabilan Batuan: Kondisi di mana batuan dalam keadaan seimbang dan tidak mudah runtuh.
Rekahan dan Kekar: Bidang lemah dalam batuan yang dapat mempengaruhi kekuatan dan kestabilannya.

Pengujian dalam Mekanika Batuan:

Untuk mengetahui sifat mekanik batuan, dilakukan berbagai jenis pengujian, antara lain:

Uji Tekan Uniaxial: Mengukur kekuatan tekan maksimum yang dapat ditahan oleh batuan.
Uji Tarik: Mengukur kekuatan tarik maksimum yang dapat ditahan oleh batuan.
Uji Geser Langsung: Mengukur kekuatan geser batuan pada bidang tertentu.
Uji Triaksial: Mengukur kekuatan batuan dalam kondisi tegangan tiga arah.

Penerapan Mekanika Batuan dalam Kehidupan Nyata

Perancangan Terowongan: Memilih jenis batuan yang kuat dan stabil, serta menentukan metode penggalian yang aman.
Analisis Kestabilan Lereng: Mengevaluasi faktor-faktor yang dapat menyebabkan longsor dan merancang tindakan mitigasi.
Perancangan Pondasi: Memilih jenis pondasi yang sesuai dengan kondisi tanah dan batuan di bawahnya.
Penambangan Bawah Tanah: Merencanakan tata letak ruang bawah tanah dan menentukan metode penyanggaan yang aman.

Kesimpulan

Pengetahuan tentang batuan dan mekanika batuan sangat penting untuk berbagai kegiatan manusia, terutama yang berkaitan dengan pemanfaatan sumber daya alam dan pembangunan infrastruktur. Dengan memahami sifat mekanik batuan, kita dapat merancang struktur yang aman dan berkelanjutan.

Penutup

Sekian Penjelasan Singkat Mengenai BATUAN DAN MEKANIKA BATUAN. Semoga Bisa Menambah Pengetahuan Kita Semua.

Search Suggest