Salahsatu karakteristik utama dari batua
Batuan Utuh, Diskontinuitas, dan Struktur Batuan
Batuan utuh (intact rock) dalam istilah rekayasa didefinisikan sebagai batuan yang
tidak mengandung rekahan secara signifikan. Namun, pada skala kecil, batuan
utuh terdiri dari butiran yang memiliki struktur mikro akibat pengaruh proses
pembentukan batuan dasar. Selanjutnya, peristiwa geologi dapat mempengaruhi
sifat mekanik dan kerentanan batuan melalui penetrasi air dan pengaruh
pelapukan.
Deskripsi yang paling penting dari perilaku mekanik adalah kurva teganganregangan dalam pengujian kompresi satu arah (uniaksial). Kurva ini akan
menggambarkan pengaruh yang sangat signifikan dari struktur mikro batuan dan
sejarah dari perilaku mekanik. Gambar 1 memperlihatkan kurva teganganregangan untuk sampel batuan yang dikompresi dalam satu arah. Sumbu
horisontal adalah regangan (strain), yang merupakan perubahan relatif panjang
dari spesimen dan sumbu vertikal adalah tegangan (stress), yang merupakan
beban per satuan luas.
Ada beberapa karakteristik yang menarik dalam pengujian tersebut. Yang pertama,
salahsatu karakteristik utama dari batuan utuh adalah kekakuan (stiffness) yang
didefinisikan sebagai modulus Young (E). Pada bagian sebelum puncak
keruntuhan dari kurva pada Gambar 2, batuan menjadi lebih atau kurang elastis.
Dalam kondisi material batuan benar-benar elastis, tidak terjadi penyerapan
energi. Material bereaksi terhadap pembebanan secara seketika dan juga dapat
mempertahankan tingkat tegangan tertentu. Untuk material dengan modulus tinggi
(kaku), bagian awal dari kurva tegangan-regangan akan curam sedangkan untuk
material dengan modulus rendah (lunak), kurva akan menjadi landai. Karakteristik
kedua adalah kuat tekan (compressive strength), tegangan maksimum (maximum
stress) yang dapat dipertahankan seperti diilustrasikan melalui garis putus-putus
pada gambar. Karakteristik ketiga adalah kecuraman dari bagian kurva yang
menurun yang merupakan ukuran kerapuhan (brittleness) seperti diilustrasikan
pada Gambar 3. Dua kasus utama yang ditunjukkan adalah perilaku setelah kuat
tekan tercapai dalam bentuk regangan yang menerus pada tingkat tegangan yang
sama (material lentur) dan penurunan tingkat tegangan menjadi nol pada nilai
regangan yang sama (material getas). Brittleness ditunjukkan oleh kecuraman
kurva antara kedua batas. Bahkan, kondisinya akan menjadi lebih rumit jika
terdapat material yang mengeraskan regangan (strain-hardening) dan material
super getas (super-brittle).
Kemungkinan variasi dalam tiga karakteristik utama di atas diilustrasikan untuk
sejumlah pengujian batuan seperti terlihat dalam Gambar 4-7. Seperti yang telah
disebutkan sebelumnya, bentuk kurva tegangan-regangan ditentukan oleh
keberadaan struktur mikro. Misalnya, kekuatan butir yang besar, basal dengan
butir halus memiliki kekakuan tinggi, kekuatan tinggi, dan sangat getas. Di sisi
lain, batugamping dengan variasi ukuran butir memiliki kekakuan menengah,
kekuatan menengah, dan penurunan bagian kurva lebih landai yang disebabkan
oleh kerusakan bertahap dari struktur mikro.
Seperti yang kita ketahui, batuan akan hancur dan memang memiliki karakteristik
mekanik
setelah
puncak
keruntuhan
dalam
kurva
tegangan-regangan.
Konsekuensi dari hal ini di antaranya:
a. Melalui proses alam, batuan insitu mungkin sudah runtuh/hancur dan
membentuk sesar dan kekar.
b. Sesar dan kekar mungkin menjadi bidang lemah dalam struktur batuan.
Selama proses litifikasi dan sepanjang sejarah geologi, terdapat periode orogenik dan
proses pembebanan yang bekerja terhadap batuan. Selanjutnya, rekahan batuan dan
struktur batuan lain (yang seringnya sangat kompleks) dari blok batuan terbentuk. Contoh
struktur batuan tersebut diprlihatkan pada Gambar 8.
Dalam istilah mekanika dan analisis tegangan dengan asumsi material bersifat
kontinu, karakteristik geologi seperti sesar, kekar, bidang perlapisan, dan belahan
disebut sebagai diskontinuitas dalam kegiatan rekayasa. Diskontinuitas ini
memiliki banyak ciri geometris dan mekanis yang sering mempengaruhi perilaku
keseluruhan massa batuan. Diskontinuitas akan memiliki bentuk, ukuran, dan
orientasi pada arah tertentu. Keseluruhan susunan geometris dari diskontinuitas
dalam suatu massa batuan disebut sebagai struktur batuan. Di dunia rekayasa,
sangat penting untuk mengerti struktur geometri ini.
Ada tiga cara pembentukan rekahan: pertama dengan tarikan (pulling apart),
kedua oleh geseran (shearing), dan ketiga kombinasi keduanya. Gambar 8, 9, dan
10 memperlihatkan cara pembentukan rekahan tersebut yang mengarah kepada
dua jenis diskontinuitas mendasar, yaitu pembukaan yang diistilahkan sebagai
kekar dan pergerakan lateral yang diistilahkan sebagai zona geser atau sesar. Jenis
diskontinuitas tersebut terdapat pada semua massa batuan di berbagai skala
sehingga secara signifikan akan mempengaruhi deformabilitas, kekuatan, dan
keruntuhan massa batuan. Selain itu, karakteristik penting lainnya seperti
permeabilitas dipengaruhi hampir seluruhnya oleh konfigurasi struktur batuan.
Dalam prakteknya, diskontinuitas batuan memiliki implikasi untuk semua
kegiatan rekayasa. Keruntuhan sering dikaitkan langsung dengan diskontinuitas
yang merupakan bidang lemah dari struktur yang sudah ada sebelumnya (preexisting), kealamian, dan material rekayasa. Selain itu, perbedaan antara kekar dan
sesar menjadi begitu penting. Jika dua sisi rekahan didorong satu sama lain,
seperti pada Gambar 11 dan 12, diskontinuitas cenderung memiliki resistensi
rendah untuk setiap tegangan geser tambahan akibat kegiatan rekayasa. Hal ini
sangat membantu para engineer untuk memahami struktur geologi dan struktur
batuan.
Beberapa contoh mengenai genesa diskontinuitas yang mengindikasikan
perbedaan sifat mekanik diilustrasikan dalam Gambar 13, 14, dan 15. Seperti
terlihat pada gambar 13, tegangan tidak bisa disalurkan dalam diskontinuitas
karena kedua sisi tidak terhubung. Selain itu, bukaan dari kekar dalam massa
batuan merupakan saluran terbuka untuk aliran air dengan permeabilitas lebih
besar dari bagian batuan lainnya yang berdekatan. Pada Gambar 14 terlihat jenis
diskontinuitas tertentu pada batu kapur dan dolomit yang memiliki resistensi
tinggi terhadap pergeseran meskipun resistensi ini masih lebih kecil dari batuan
utuh. Selain itu, diskontinuitas tersebut akan memiliki permeabilitas lebih tinggi
dari batuan utuh. Pada Gambar 15 terdapat sketsa permukaan sesar yang bergoresgaris (slicken-sided), sebuah diskontinuitas dengan pergerakan gelincir di bawah
tegangan yang menyebabkan permukaan diskontinuitas menjadi terubah dan
memiliki permukaan yang licin. Dalam beberapa kasus, diskontinuitas tersebut
dapat menyebar ke seluruh massa batuan yang kemudian menjadi perhatian
engineer.
Batuan utuh (intact rock) dalam istilah rekayasa didefinisikan sebagai batuan yang
tidak mengandung rekahan secara signifikan. Namun, pada skala kecil, batuan
utuh terdiri dari butiran yang memiliki struktur mikro akibat pengaruh proses
pembentukan batuan dasar. Selanjutnya, peristiwa geologi dapat mempengaruhi
sifat mekanik dan kerentanan batuan melalui penetrasi air dan pengaruh
pelapukan.
Deskripsi yang paling penting dari perilaku mekanik adalah kurva teganganregangan dalam pengujian kompresi satu arah (uniaksial). Kurva ini akan
menggambarkan pengaruh yang sangat signifikan dari struktur mikro batuan dan
sejarah dari perilaku mekanik. Gambar 1 memperlihatkan kurva teganganregangan untuk sampel batuan yang dikompresi dalam satu arah. Sumbu
horisontal adalah regangan (strain), yang merupakan perubahan relatif panjang
dari spesimen dan sumbu vertikal adalah tegangan (stress), yang merupakan
beban per satuan luas.
Ada beberapa karakteristik yang menarik dalam pengujian tersebut. Yang pertama,
salahsatu karakteristik utama dari batuan utuh adalah kekakuan (stiffness) yang
didefinisikan sebagai modulus Young (E). Pada bagian sebelum puncak
keruntuhan dari kurva pada Gambar 2, batuan menjadi lebih atau kurang elastis.
Dalam kondisi material batuan benar-benar elastis, tidak terjadi penyerapan
energi. Material bereaksi terhadap pembebanan secara seketika dan juga dapat
mempertahankan tingkat tegangan tertentu. Untuk material dengan modulus tinggi
(kaku), bagian awal dari kurva tegangan-regangan akan curam sedangkan untuk
material dengan modulus rendah (lunak), kurva akan menjadi landai. Karakteristik
kedua adalah kuat tekan (compressive strength), tegangan maksimum (maximum
stress) yang dapat dipertahankan seperti diilustrasikan melalui garis putus-putus
pada gambar. Karakteristik ketiga adalah kecuraman dari bagian kurva yang
menurun yang merupakan ukuran kerapuhan (brittleness) seperti diilustrasikan
pada Gambar 3. Dua kasus utama yang ditunjukkan adalah perilaku setelah kuat
tekan tercapai dalam bentuk regangan yang menerus pada tingkat tegangan yang
sama (material lentur) dan penurunan tingkat tegangan menjadi nol pada nilai
regangan yang sama (material getas). Brittleness ditunjukkan oleh kecuraman
kurva antara kedua batas. Bahkan, kondisinya akan menjadi lebih rumit jika
terdapat material yang mengeraskan regangan (strain-hardening) dan material
super getas (super-brittle).
Kemungkinan variasi dalam tiga karakteristik utama di atas diilustrasikan untuk
sejumlah pengujian batuan seperti terlihat dalam Gambar 4-7. Seperti yang telah
disebutkan sebelumnya, bentuk kurva tegangan-regangan ditentukan oleh
keberadaan struktur mikro. Misalnya, kekuatan butir yang besar, basal dengan
butir halus memiliki kekakuan tinggi, kekuatan tinggi, dan sangat getas. Di sisi
lain, batugamping dengan variasi ukuran butir memiliki kekakuan menengah,
kekuatan menengah, dan penurunan bagian kurva lebih landai yang disebabkan
oleh kerusakan bertahap dari struktur mikro.
Seperti yang kita ketahui, batuan akan hancur dan memang memiliki karakteristik
mekanik
setelah
puncak
keruntuhan
dalam
kurva
tegangan-regangan.
Konsekuensi dari hal ini di antaranya:
a. Melalui proses alam, batuan insitu mungkin sudah runtuh/hancur dan
membentuk sesar dan kekar.
b. Sesar dan kekar mungkin menjadi bidang lemah dalam struktur batuan.
Selama proses litifikasi dan sepanjang sejarah geologi, terdapat periode orogenik dan
proses pembebanan yang bekerja terhadap batuan. Selanjutnya, rekahan batuan dan
struktur batuan lain (yang seringnya sangat kompleks) dari blok batuan terbentuk. Contoh
struktur batuan tersebut diprlihatkan pada Gambar 8.
Dalam istilah mekanika dan analisis tegangan dengan asumsi material bersifat
kontinu, karakteristik geologi seperti sesar, kekar, bidang perlapisan, dan belahan
disebut sebagai diskontinuitas dalam kegiatan rekayasa. Diskontinuitas ini
memiliki banyak ciri geometris dan mekanis yang sering mempengaruhi perilaku
keseluruhan massa batuan. Diskontinuitas akan memiliki bentuk, ukuran, dan
orientasi pada arah tertentu. Keseluruhan susunan geometris dari diskontinuitas
dalam suatu massa batuan disebut sebagai struktur batuan. Di dunia rekayasa,
sangat penting untuk mengerti struktur geometri ini.
Ada tiga cara pembentukan rekahan: pertama dengan tarikan (pulling apart),
kedua oleh geseran (shearing), dan ketiga kombinasi keduanya. Gambar 8, 9, dan
10 memperlihatkan cara pembentukan rekahan tersebut yang mengarah kepada
dua jenis diskontinuitas mendasar, yaitu pembukaan yang diistilahkan sebagai
kekar dan pergerakan lateral yang diistilahkan sebagai zona geser atau sesar. Jenis
diskontinuitas tersebut terdapat pada semua massa batuan di berbagai skala
sehingga secara signifikan akan mempengaruhi deformabilitas, kekuatan, dan
keruntuhan massa batuan. Selain itu, karakteristik penting lainnya seperti
permeabilitas dipengaruhi hampir seluruhnya oleh konfigurasi struktur batuan.
Dalam prakteknya, diskontinuitas batuan memiliki implikasi untuk semua
kegiatan rekayasa. Keruntuhan sering dikaitkan langsung dengan diskontinuitas
yang merupakan bidang lemah dari struktur yang sudah ada sebelumnya (preexisting), kealamian, dan material rekayasa. Selain itu, perbedaan antara kekar dan
sesar menjadi begitu penting. Jika dua sisi rekahan didorong satu sama lain,
seperti pada Gambar 11 dan 12, diskontinuitas cenderung memiliki resistensi
rendah untuk setiap tegangan geser tambahan akibat kegiatan rekayasa. Hal ini
sangat membantu para engineer untuk memahami struktur geologi dan struktur
batuan.
Beberapa contoh mengenai genesa diskontinuitas yang mengindikasikan
perbedaan sifat mekanik diilustrasikan dalam Gambar 13, 14, dan 15. Seperti
terlihat pada gambar 13, tegangan tidak bisa disalurkan dalam diskontinuitas
karena kedua sisi tidak terhubung. Selain itu, bukaan dari kekar dalam massa
batuan merupakan saluran terbuka untuk aliran air dengan permeabilitas lebih
besar dari bagian batuan lainnya yang berdekatan. Pada Gambar 14 terlihat jenis
diskontinuitas tertentu pada batu kapur dan dolomit yang memiliki resistensi
tinggi terhadap pergeseran meskipun resistensi ini masih lebih kecil dari batuan
utuh. Selain itu, diskontinuitas tersebut akan memiliki permeabilitas lebih tinggi
dari batuan utuh. Pada Gambar 15 terdapat sketsa permukaan sesar yang bergoresgaris (slicken-sided), sebuah diskontinuitas dengan pergerakan gelincir di bawah
tegangan yang menyebabkan permukaan diskontinuitas menjadi terubah dan
memiliki permukaan yang licin. Dalam beberapa kasus, diskontinuitas tersebut
dapat menyebar ke seluruh massa batuan yang kemudian menjadi perhatian
engineer.