ANALISIS GEOMEKANIKA FORMASI HALANG DAERAH TINATAH, WONOKROMO, KABUPATEN KEBUMEN

Transkripsi

1 Abstrak ANALISIS GEOMEKANIKA FORMASI HALANG DAERAH TINATAH, WONOKROMO, KABUPATEN KEBUMEN Eko Puswanto 1*, Sueno Winduhutomo 1, Puguh Dwi Raharjo 1 1 UPT BIKK Karangsambung LIPI Jl. Karangsambung Km 19, Karangsambung, Kebumen. * epuswanto@gmail.com Diterima 9 September 2014 P1P-01 Batuan sedimen Formasi Halang memiliki pelamparan yang cukup luas di Kabupaten Kebumen. Secara umum, satuan batuan anggota Formasi Halang di lokasi penelitian di dominasi oleh perselingan batupasir tufan dan batulempung. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui kontrol intensitas geologi struktur terhadap RQD (rock quality desain) dan penilaian massa batuan atau RMR (rock mass rating). Hasil analisis geomekanik Formasi Halang, khususnya di daerah Tinatah Desa Wonokromo Kecamatan Alian memberikan nilai RQD dan RMR terendah, yaitu 8 dan 32. Kelas pembobotan dideskripsikan sebagai kelas IV atau jelek. Hal ini mengindikasi bahwa potensi gerakan massa yang telah terjadi di daerah penelitian berhubungan dengan hasil analisis geomekanika yang kurang baik. Kata Kunci: Geomekanika, Geologi Struktur Pendahuluan Proses geodinamik gerakan tanah telah menimbulkan kerugian sosial ekonomi yang nyata di daerah Tinatah, Desa Wonokromo, Kecamatan Alian, Kabupaten Kebumen. Proses geodinamik di daerah ini telah menimbulkan bencana geologi berupa gangguan kestabilan pada lereng sehingga memicu terjadinya perpindahan massa tanah dan atau batuan. Potensi gerakan tanah dipicu oleh banyak faktor yang kompleks dan saling berinteraksi, meliputi kondisi bawah permukaan tanah/batuan dan faktor pemicu dinamis (Liao et al., 2010). Parameter yang berkaitan dengan kondisi bawah permukaan tanah/batuan meliputi stratigrafi dan penyusun formasi batuannya, intensitas struktur geologi, dan kondisi morfologi (Karnawati, 2007). Salah satu faktor pemicu dinamis yang mengkontrol terjadinya gangguan kestabilan lereng adalah intensitas hujan yang tinggi, terutama di Indonesia (Tohari, 2013; Liao et al., 2010). Selama periode hujan, respon hidrologi hujan menghasilkan tekanan air-pori yang mampu mereaktifasi gerakan tanah (Tohari, 2013). Klasifikasi massa batuan merupakan salah satu parameter yang penting di dalam geomekanika batuan. Beberapa klasifikasi massa batuan telah diusulkan, Osada et al., 2005 mengenalkan JGS-system, sebelumnya dikenalkan Q-system oleh Barton et al., 1974, dan RMR (Bieniawski, 1976). Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji pengaruh geomekanika batuan terhadap potensi gerakan massa di daerah Tinatah, Desa Wonokromo, Kecamatan Alian, Kabupaten Kebumen, pada koordinat UTM 49M me, ms, sebagaimana tampak pada Gambar 1. Penghitungan intensitas struktur geologi akan memberikan implikasi terhadap analisis geomekanika batuan, baik penilaian kualitas batuan (Rock Quality Designation, RQD) maupun massa batuan (Rock Mass Rating, RMR). Berdasarkan peta geologi daerah Tinatah, Desa Wonokromo didominasi oleh perulangan batupasir tufan dan batulempung anggota Formasi Halang. 89

2 Metodologi Klasifikasi massa batuan merupakan salah satu parameter yang penting di dalam mekanika batuan. Beberapa klasifikasi massa batuan telah diusulkan, Osada et al., 2005 mengenalkan JGS-system, sebelumnya dikenalkan Q-system oleh Barton et al., 1974, dan RMR (Bieniawski, 1976). JGS-system mengklasifikasikan massa batuan melalui 3 tahapan, tahapan pertama memisahkan batuan keras (hard rock, dengan notifikasi H) dan batuan lunak (soft rock, notifikasi S) berdasarkan hasil analisa kekuatan uniaxial compressive. Tahapan kedua melihat struktur internal batuan. Tahapan ketiga JGS-system memberikan penilaian yang hampir sama dengan RMR (Bieniawski, 1976), menilai lebih detil faktor diskontinuitas batuan yang dikontrol oleh intensitas struktur geologi yang berkembang di suatu daerah yang berpengaruh terhadap penghitungan kualitas batuan. Intensitas struktur geologi yang berkembang di suatu daerah, baik berupa kekar maupun sesar merupakan gejala frakturasi pada batuan. Gejala frakturasi ini umumnya mengindikasikan deformasi tektonik akibat adanya kontrol tegasan (stress) yang mengikuti hukum kekandasan batuan (Abdullah dkk., 2003). Frakturasi pada batuan dapat berupa kekar dan sesar, yang keduanya dibedakan dari ada dan tidaknya pergeseran. Struktur rekahan pada batuan yang memperlihatkan gejala pergeseran dikenal sebagai sesar. Analisis struktur geologi merupakan parameter penting dalam penghitungan kualitas batuan (RQD). Nilai RQD merupakan salah satu faktor untuk mengetahui kekuatan massa batuan (RMR), selain parameter kekuatan batuan, spasi rekahan, kondisi rekahan, dan kondisi air tanah (Zakaria, 2006). Nilai RQD diperoleh dengan menghitung kerapatan kekar pada batuan yang diukur kemiringan dan arah orientasinya di lapangan dan selanjutnya dihitung dengan rumus Hudson, 1979 di dalam Djakamihardja & Soebowo, RQD = 100 (0.1 λ+ 1)e -0.1 λ λ = rasio antara jumlah kekar dengan spasi kekar (kekar/meter) Nilai RQD berbanding terbalik dengan intensitas kerapatan kekar, dimana nilai RQD akan semakin kecil jika frekuensi retakan semakin banyak. Hasil Penelitian dan Pembahasan Geologi Daerah Penelitian Daerah penelitian secara fisiografi merupakan bagian dari rangkaian Pegunungan Serayu Selatan. Rangkaian Pegunungan Serayu Selatan di kawasan Kabupaten Kebumen tersusun oleh batuan-batuan Paleogen atau dikenal sebagai Kompleks Melange Luk Ulo. Himpunan batuan melange tektonik komplek akresi tersebut secara tidak langsung berhubungan dengan aktivitas magmatisme, mulai dari busur magmatisme Kapur Akhir dihasilkan oleh jalur subduksi Kapur Akhir Paleosen dan busur magmatisme Oligosen dihasilkan oleh jalur subduksi Oligosen (Prasetyadi, 2008). Perubahan konfigurasi tektonik regional tersebut mempengaruhi perkembangan dan intensitas aktivitas vulkanisme. Aktivitas vulkanisme Serayu Selatan yang sempat berkurang intensitasnya pada Miosen Tengah, kembali aktif bersamaan dengan munculnya vulkanisme Serayu Utara dikontrol oleh berkembangan busur vulkanik ganda (double-arc) di Jawa Tengah menghasilkan batupasir tufan Formasi Halang pada Miosen Akhir (Husein dkk., 2013). Formasi Halang di daerah Tinatah, Desa Wonokromo didominasi oleh material vulkaniklastik berupa perulangan 90

3 batupasir tufan dan batulempung yang mengindikasikan endapan turbidit. Endapan turbidit Formasi Halang memiliki penyebaran yang luas dimulai dari daerah Kebumen ke arah barat laut hingga Kuningan dan di bagian utara tersebar diantara Bobotsari dan Pemalang (Praptisih dan Kamtono, 2011). Formasi ini diinterpretasikan sebagai endapan turbidit yang diendapkan dalam sistem submarine fan. Formasi ini ditafsirkan berumur Miosen Atas hingga Pliosen Bawah, diendapkan secara selaras di atas Formasi Penosogan. Geologi Struktur Berdasarkan struktur geologi regional, daerah penelitian dipengaruhi oleh tenaga endogenik yang mengompresi dan meregangkan. Tektonik kompresi di daerah penelitian diindikasikan dengan berkembangnya struktur antiklin eragumiwang. Perulangan batupasir tufan dan batulempung Formasi Halang di daerah penelitian relatif berada di sayap selatan struktur antiklin eragumiwang dengan kemiringan bidang perlapisan ke arah tenggara N 29 o E/78 o (Gambar 2.a). Struktur geologi ini berasosiasi dengan lipatan minor dan beberapa sesar geser minor yang hanya berkembang setempat, tidak memotong seluruh perlapisan batuan yang ada. (Gambar 2.b). Struktur geologi yang berkembang di daerah Tinatah ini mengkontrol pembentukan diskontinuitas batuan berupa kekar yang intensif maupun arah jurus dan kemiringan bidang perlapisan yang acak; mulai dari kemiringan bidang perlapisan dengan dip 10 o -25 o hingga >70 o. Beberapa sesar geser minor yang memotong perulangan batupasir tufan dan batulempung memiliki kedudukan bidang sesar geser N 297 o E/79 o, pitch 8 o, N 294 o E/74 o, pitch 10 o dan N 275 o E/80 o, pitch 10 o dengan pola shear zone di sekitar bidang sesar berarah N 285 o E/80 o. Kekar yang berkembang berupa kekar gerus dan kekar tarik. Hasil analisa kekar gerus yang berkembang di lapangan menunjukkan arah kedudukan tegasan utamanya σ 1 = 04 o /N 256 o E; σ 2 = 58 o /N 352 o E; σ 3 = 30 o /N 161 o E (Gambar 3). Tegasan utama σ 1 = 04 o /N 256 o relatif berarah baratdaya pararel dengan permukaan bumi mengkontrol pembentukan sesar geser minor (shear fracture mode II) di daerah Tinatah, menghasilkan sesar geser sinistral. Sesar geser minor yang berkembang di selatan daerah penelitian memiliki kedudukan bidang sesar geser menganan N 40 o E/71 o, pitch 8 o dan N 28 o E/65 o, pitch 10 o ; hampir searah dengan kedudukan bidang perlapisan batupasir tufan N 22 o E/72 o, berstruktur convolute laminasi. Kajian Geomekanik Kajian mekanika batuan di daerah Tinatah, Desa Wonokromo dilakukan untuk mengetahui kekuatan massa batuan (RMR, rock mass rating). Salah satu parameter di dalam tabel penilaian RMR (Bieniawski, 1976) adalah penilaian kualitas batuan atau RQD. Nilai RQD diperoleh dengan menghitung kerapatan kekar pada batuan yang diukur kemiringan dan arah orientasinya di lapangan dan selanjutnya dihitung dengan rumus Hudson, 1979 di dalam Djakamihardja & Soebowo, Nilai RQD berbanding terbalik dengan intensitas kerapatan kekar, dimana nilai RQD akan semakin kecil jika frekuensi retakan semakin banyak. Hasil penghitungan nilai RQD sebagaimana ditunjukan dalam Tabel 1, yang diukur sepanjang 6 meter di lokasi penelitian. Nilai RQD terendah 40,6 % banyak berkembang pada lapisan batulempung yang terkekarkan intensif dan menyerpih tergerus oleh sesar-sesar minor menghasilkan pola drag fold. Kekar yang berkembang pada lapisan batupasir tufan yang tebal memiliki spasi kekar yang lebih lebar dibandingkan dengan kekar pada sisipan batulempung yang tipis (Gambar 4). Parameter penilaian RMR (Bieniawski, 1976) berhubungan dengan sifat fisik batuan yang secara umum berhubungan dengan karakteristik unit batuan meliputi komposisi mineral, porositas, densitas (natural density, dry density, sat density, moisture content, specific gravity dan kekuatan batuan. Hasil analisa sifat fisik batuan ditunjukkan dalam Tabel 2. 91

4 Berdasarkan hasil analisa sifat fisik batuan di atas, menunjukkan bahwa secara umum nilai kekuatan uniaxial compressive < 25 MPa. Berdasarkan klasifikasi ISRM, batuan di daerah penelitian secara umum mempunyai nilai kekuatan uniaxial compressive diantara kg/cm2, hal ini menunjukkan bahwa batuan ini sangat lemah (very weak rock) (sebagaimana ditunjukkan di dalam Tabel 3). Parameter ini yang digunakan Osada et al., 2005 dalam JGS-system untuk mengkategorikan kekuatan massa batuan < 25 MPa sebagai Soft Rock (S). Sementara, perulangan batupasir tufan dan batulempung dikategorikan sebagai interbedded (B). Batuan induk yang mendominasi di lokasi pengamatan ini berupa batupasir tufaan dengan kondisi terkekarkan intensif. Pada beberapa lokasi urutan profil tanah terutama pada tebing sungai telah mengindikasikan lapuk lanjut menghasilkan residual soil yang intensif. Osada et al., 2005 dalam JGS-system mengklasifikasikannya sebagai w 4 (highly weathered). Berdasarkan klasifikasi massa batuan dalam JGS-system (Osada et al., 2005), batuan di daerah Tinatah dinotifikasikan sebagai SB-w 4. Analisis geomekanik di daerah Tinatah dilakukan dengan melakukan pembobotan massa batuan (RMR) (Bieniawski, 1976) sebagaimana ditunjukkan dalam Tabel 4. Hasil analisis geomekanik daerah Tinatah, Desa Wonokromo, Kecamatan Alian Kabupaten Kebumen memberikan nilai pembobotan massa batuan (RMR) secara umum antara 32 hingga 37. Secara umum lokasi penelitian yang didominasi oleh batupasir tufan memiliki kelas pembobotan geomekanik pada tingkat 4, hal ini merupakan kriteria jelek. Sebagai data pendukung dilakukan analisa sifat plastisitas tanah di daerah Tinatah (Tabel 6.) Berdasarkan hasil uji batas-batas atterberg dengan menggunakan grafik plastisitas Casagrande menunjukkan bahwa tanah di sekitar Tinatah merupakan lempung plastisitas tinggi dengan mineral kaolinit melimpah, sebagaimana tampak pada Gambar 5. Kesimpulan 1. Gerakan tanah yang telah menimbulkan kerugian sosial ekonomi di daerah Tinatah, Desa Wonokromo, Kecamatan Alian, Kabupaten Kebumen berhubungan dengan geomekanika batuan yang kurang baik. 2. Kontrol struktur geologi yang intensif di daerah penelitian menyebabkan penurunan kualitas batuan, nilai RQD Analisa pembobotan massa batuan (RMR) berkisar antara Kelas pembobotan dideskripsikan sebagai kelas IV atau jelek. Daftar Pustaka Abdullah, C.I., Magetsari, N.A., Purwanto, H.S., 2003, Analisis Dinamik Tegasan Purba pada Satuan Batuan Paleogen Neogen di Daerah Pacitan dan Sekitarnya, Provinsi Jawa Timur Ditinjau dari Studi Sesar Minor dan Kekar Tektonik, Proceeding ITB Saind & Tek, Volume 35 A, No. 2, h Bieniawski, Z. T., 1976, Roack Mass Classification in Rock Engineering, Proc. Of the Symposium on Exploration for Rock Engineering, 1, p Fossen, H., 2010, Structural Geology, Cambridge University Press. Husein, S., Jyalita, J., Nursecha, M.A.Q., 2013, Kendali Stratigrafi dan Struktur Gravitasi Pada Rembesan Hidrokarbon Sijenggung, Cekungan Serayu Utara, GeoResearch, HMTG Annual Proceeding , h Karnawati D., 2007, Analysis of Rain-induced Landslide in Volcanic-Colluvial Deposits in Kalibawang Irrigation Channel, Yogyakarta, Indonesia, Media Teknik, No 1 Tahun XXIX. 92

5 Liao Z., Hong Y., Wang Jun., Fukuoka H., Sassa K., Karnawati D., Fathani F., 2010, Prototyping an experimental Early Warning System for Rainfall-induced Landslide in Indonesia Using Satellite Remote Sensing and Geospatial Datasets, Landslides, vol 7, p Osada M., Unato A., Yoshinaka R., Ito H., Kitagawa T., Sasaki K., Aoki K., Aydan O., Akutagawa S., Kiya H., Kuwahara K., Seto M., Tanaka S., Tani K., Mimuro T., Mori T., 2005, Geotechnical Description and JGS Engineering Classification System for Rock Mass, International Journal of the JCRM, Japanese Committee for Rock Mechanics, Volume 1, No 1, p Praptisih & Kamtono, 2011, Fasies Turbidit Formasi Halang di Daerah Ajibarang, Jawa Tengah, Jurnal Geologi Indonesia, Vol. 6 No. 1, h Prasetyadi, 2008, Formasi Bulukuning dan Komplek Larangan Usulan Formasi Baru Berdasarkan Penemuan Baru Batuan Eosen di Daerah Karangsambung Utara, Majalah Geologi Indonesia, Volume 23 No 1 dan 2, April dan Agustus, 2008 Tohari, Adrin., 2013, Variations of Pore-water Pressure Responses in a Volcanic Soil Slope to Rainfall Infiltration (Variasi Respon Tekanan Air Pori Terhadap Infiltrasi Air Hujan pada Lereng Tanah Vulkanik), Riset Geologi dan Pertambangan, Volume 23, No 2, h Zakaria, Z., 2006, Analisis Geomekanika Formasi Halang Di Daerah Struktur Geologi Sekitar Sungai Citaal, Kuningan, Jawa Barat, Bulletin of Scientific Contribution, Volume 4, No 1, h

6 Tabel 1. Nilai RQD daerah Tinatah, Desa Wonokromo Lokasi Frekuensi RQD (%) Nilai RQD Pengamatan/meter Kekar/meter , , , , , ,20 20 Tabel 2. Hasil analisa sifat fisik batuan lokasi penelitian No Moisture content CHARACTERISTIC UNIT WEIGHT ROCKS Specific Natural Dry Sat Porositas Voids gravity density density density ratio Degree of saturati on STRENGTH Point USCS load (kg/c (kg/c W (%) Gs β βd βsat n e Sr m 2 ) m 2 ) Tabel 3. ISRM Classification R0 Extremely weak rock (kg/cm 2 ) R1 Very-weak rock (kg/cm 2 ) R2 Weak rock (kg/cm 2 ) R3 Medium strong rock (kg/cm 2 ) R4 Strong rock (kg/cm 2 ) R5 Very strong rock (kg/cm 2 ) R6 Extremely strong rock > 2500 (kg/cm 2 ) 94

7 Tabel 4. Parameter klasifikasi geomekanik dan pembobotannya PARAMETER Kekuat an Batuan Utuh Aliran Point Load Kuat Tekan Uniaksial KISARAN NILAI (MPa) Untuk nilai > kecil dipakai uniaksial > <1 Tingkatan RQD % 90% 75% 50% <25% Tingkatan SPASI >200cm REKAHAN <6 cm Tingkatan Permuka Permu Perm Perm Tebal halus an kaan ukaa ukaan >5mm, pemisah sangat agak n slicke >5 mm menerus kasar kasar, agak nside tidak pemis kasar <5m menerus ah <1, m, KONDISI ada mm pemi pemis REKAHAN pemisah batuan sah ah batuan agak <1 <1-5 tidak lapuk mm mm lapuk batua mene n rus agak lapuk Tingkatan Aliran masuk Tidak 10lt/m >125 lt/mnt per 10 m pjng nt terowongan lt/mn lt/mnt t Rasio > Kondisi Kering Lemb Basa Mene Mengalir Umum ab h tes Tingkatan

8 Tabel 5. Tabel pembobotan geomekanik pada setiap lokasi No Kekuatan Batuan Utuh RQD SPASI REKAHA N KONDISI REKAHA N Aliran Total Penilain Sanga Baik Sedang Jelek Sangat Jelek t Baik Pembobotan <21 Nomor Kelas I II III IV V 1 IV 2 IV Tabel 6. Karakteristik plastisitas tanah pada kedalaman 2 meter Karakteristik Plastisitas Batas Cair LL % Batas Plastis PL % Indeks Plastis IP % Gambar 1. Peta geologi daerah penelitian. Lingkaran merah adalah lokasi penelitian daerah Tinatah, Desa Wonokromo, Kecamatan Alian, Kabupaten Kebumen 96

9 Gambar 2. Perulangan batupasir tufan dan batulempung dengan arah jurus dan kemiringan bidang perlapisan yang acak. A. Bidang perlapisan miring ke arah tenggara N 29 o E/78 o. B. Perulangan batupasir tufan dan batulempung N 60 o E/46 o terpotong sesar geser minor. A B Strike-slip fault, (Haakon Fossen, 2010) Gambar 3. Analisa kekar gerus di daerah Tinatah, Desa Wonokromo mengindikasikan kedudukan tegasan utamanya σ 1 = 04 o /N 256 o E; σ 2 = 58 o /N 352 o E; σ 3 = 30 o /N 161 o E (M1, Maksima 1 & M2, Maksima 2) 97

10 PROSIDING SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-7 A B Gambar 4. Intensitas struktur geologi di daerah Tinatah. A. Drag fold pada batulempung menghasilkan batulempung yang menyerpih. B. Kekar pada lapisan batupasir tufan yang lebih tebal menghasilkan spasi kekar yang lebih besar Gambar 5. Batas cair dan Indeks Plastis tanah di sekitar Jembatan Gebang pada grafik plastisitas Casagrande 98