## Journal of Science and Engineering
Full Paper
Penentuan  Kriteria  Kemampugalian Massa  Batuan  Andesit  Menggunakan Metode Geological Strength Index
George Belly Sahetapy * , Nurany
Universitas Khairun, Ternate, Indonesia *Corresponding author georgesahetapy@unkhair.ac.id Graphical abstract

## Abstract
Rock masses are intact rocks separated by geological structures such as joints, faults, folds, and etc. Excavability is the ability of a rock mass to be excavated using mechanical excavation or blasting. Determining the criteria for excavibility of the andesite rock mass in this study used the Geological Strength Index (GSI) method published by Marinos and Hoek (2000). GSI is  an  empirical  method that takes into  account  the  structure  rating  and  surface  condition rating factors. Based on the results of the analysis, the criteria for excavability in the Andesite Massive (AM) rock mass with a GSI Index value of 70 (S2D1), GSI 73 (S2D1), and Point Load Index of 2,795 MPa are blasting.  As well as GSI 61 (S3D2), and a Point Load Index of 2,795 MPa is a hammer. The criteria for excavability in the Andesite Fracture (AF) rock mass with a GSI value of 40-48 (S4D1 – S5D1) and a Point Load Index of 2,131 MPa is ripping and a GSI value of 29 (S5D3) is digging.
Keywords : Andesite, Geological Strength Index, Scanline, Excavibility
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License

## 1.  PENDAHULUAN
Kriteria  kemampugalian  merupakan  kemampuan  massa  batuan  untuk  digali  dengan  alat  gali mekanis konvensional. Penentuan kriteria kemampugalian perlu dilakukan investigasi lapangan seperti pemetaan  struktur  geologi,  kondisi  struktur  geologi,  tingkat  pelapukan  dan  air  tanah  yang  mengacu kepada International  Rock  Society  Mechanics [1].  Penilaian  kemampugalian  menurut  Duncan  [2] mempertimbangkan beberapa paramateri seperti batuan terkekarkan penyusun massa batuan, sifat, luas dan orientasi rekahan, struktur geologi seperti patahan dan perlipatan.
Nilai indeks kekuatan batuan ( 𝐼 𝑠50 ) dan indeks jarak struktur geologi ( 𝐼 𝑓 ) merupakan parameter yang diusulkan Franklin (1971)[3] untuk penilaian kriteria kemampugalian. Dalam penelitian tersebut kriteria  kemampugalian  dibagi  dalam  penggalian,  penggaruan,  peledakan  untuk  peremukan  dan peledakan untuk hancuran.  Weaver  [4] menggunakan sistem klasifikasi massa batuan Rock Mass Rating (RMR) dalam penilaian kemampuan penggalian suatu massa batuan. Sistem klasifikasi RMR Bienwaski [5]  mengusulkan  kriteria  kemampugalian  berdasarkan  karakteritik  massa  batuan,  seperti  kekuatan batuan, ukuran blok, orientasi atau kedudukan struktur geologi, dan kekuatan batuan terkekarkan.
Sistem  klasifikasi  massa  batuan  lainnya  seperti Geological  Strength  Index [6]  digunakan  untuk mendeskripsikan massa batuan dengan mengkorelasi setiap tipe batuan  metode penerapan penggalian. Hoek dan Kurzulovic [7] mengusulkan massa batuan dapat digali hingga nilai GSI 0 - 40 MPa dan nilai kekuatan massa batuan 1 MPa, sedangkan penggaruan nilai GSI 41 – 60 MPa dan nilai kekuatan massa batuan 10 MPa metode penggalian yang sesuai dengan nilai GSI ≥ 60 MPa dan kekuatan massa batuan
Pengumpulan Data Formasi Massa Batuan Pemetaan Bidang
Diskontinuitas (ISRM, 1981) Geological Strength Index & Point Load Index Kriteria Kemapugalian Massa Batuan
≥ 15 MPa adalah peledakan. Menurut G. Tsiambos dan H. Saroglou [8] menyimpulkan bahwa peledakan untuk GSI ≥ 65 MPa dengan 𝐼𝑠 50 ≥ 3 MPa dan GSI 60 MPa dengan 𝐼𝑠 50 ≤ 3 MPa. Kriteria penggaruan umumnya dicapai pada massa batuan dengan nilai GSI antara 20 – 45 MPa dengan 𝐼𝑠 50 ≥ 3 MPa dan nilai GSI antara 20 – 55 MPa dengan 𝐼𝑠 50 ≤ 3 MPa. Dalam penelitian ini, sistem Geological Strength Index (GSI) digunakan untuk menentukan kriteria kemampugalian studi kasus di Kelurahan Tubo, Ternate Utara dengan formasi massa batuan andesit yang merupakan hamparan produk vulkanik Gunung Api Gamalama melalui erupsi tahun 1840, 1897 dan 1907 [9]. Hasil yang diperoleh menjadi acuan untuk merekomendasi kriteria penggalian kepada masyarakat sekitar, yang mana singkapan batuan dimanfaatkan oleh masyarakat untuk bahan bangunan pondasi [10].

## 2.  METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan pada Kelurahan Tubo letak geografis pada koordinat 127°22’30,6” BT - 00°49’46,86” LU. Secara administratif, lokasi penelitian berada di Tubo, Kecamatan Ternate Utara, Kota Ternate, Provinsi Maluku Utara untuk mencapai lokasi penelitian, secara umum perjalanan dimulai dari Kampus UNKHAIR sejauh 13,6 km dengan waktu tempuh ± 34 menit menggunakan kendaraan mobil. Lokasi penelitian terdapat bongkahan andesit yang merupakan hamparan vulkanik Gunungapi Gamalama yang terjadi pada tahun 1840, 1897 dan 1907 [9].
Gambar 1. Peta Geologi Lokasi Peneltian
Penelitian  ini  bertujuan  menentukan  kriteria  kemampugalian  menggunakan Geological  Strength Index ,  metodologi  penelitian  dimulai  dengan  observasi  lapangan,  pengumpulkan  data  formasi  batuan, pemetaan bidang diskontinuitas (ISRM, 1981)[1] data yang diperoleh berupa orientasi atau kedudukan bidang  diskontinuitas  serta  kondisi  bidang  diskontinuitas  (kekasaran,  tingkat  pelapukan  dan  material pengisi). Pengambilan conto batuan/ rock sampling di lapangan selanjutnya dilakukan pengujian kuat tekan uniaksial [1]. Nilai Point Load Index (PLI) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan [3]
𝑈𝐶𝑆 = 20 − 25𝑃𝐿𝐼 ......................................(1)
Geological Strength Index (GSI) merupakan sistem untuk menilai parameter-parameter karakteritik massa batuan yang diusulkan oleh Marinos [6]. Penentuan nilai GSI mengacu kepada parameter utama berdasarkan hubungan antara Structure Rating (SR) dan Surface Condition Rating (SCR) .

## a. Structure Rating, SR
Secara  kuantitatif  peringkat  struktur  (SR)  diperoleh  dari  besaran  volumetric  blok/ joint  volumetric terhitung, pada batuan terkekarkan kuat dan acak, joint volumetric massa batuan (Jv) dihitung dengan menggunakan persamaan (2)
𝐽𝑣 = ( 𝑀 𝐿 ) 3 .................................(2)
Dimana:
M  = jumlah kekar pada garis bentangan pemetaan bidang diskontinuitas L   = Panjang garis bentangan/scanline (meter)
b. Surface Condition Rating, SCR
Mengestimasikan besarnya peringkat kondisi permukaan (SCR) berdasarkan penjumlahan 3 parameter, yaitu tingkat kekasaran ( roughness , Rr), tingkat pelapukan ( weathering , Rw), dan material pengisi ( infilling , Rf).
𝑆𝐶𝑅 = 𝑅 𝑟 + 𝑅 𝑤 + 𝑅 𝑓 ............................................................... (3)
Kriteria  kemampugalian  merupakan  kemampuan  massa  batuan  untuk  digali  dengan  alat  gali mekanis konvensional. Penentuan kriteria kemampugalian perlu dilakukan investigasi lapangan seperti pemetaan  struktur  geologi,  kondisi  struktur  geologi,  tingkat  pelapukan  dan  air  tanah  yang  mengacu kepada International Rock Society Mechanics [1]. Penelitian ini menggunakan bagan klasifikasi Geological Strength Index untuk menentukan kriteria kemampugalian  peledakan ( blasting ), pemukul dan peledakan ( hammer and blasting ), penggaruan ( ripping ), dan penggalian ( digging ) pada massa batuan yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Bagan Geological Strength Index untuk penilaian kriteria kemampugalian massa batuan (a) kekuatan massa batuan 𝐼𝑠 50 ≤ 3 MPa, (b) kekuatan massa batuan 𝐼𝑠 50 ≥ 3 MPa [11]
(a) (b)
Secara garis besar alur penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Alur penelitian

## 3 . HASIL DAN PEMBAHASAN
Lokasi  penelitian  termasuk  dalam  formasi  geologi  Gmlm  atau  endapan  lahar  muda  berupa bongkah  andesit  basalt meruncing  tangguing  di  dalam  matriks  lanau dan pasir  lepas,  termasuk  dalam endapan lahar yang terjadi pada tahun 1840, tahun 1897 dan tahun 1907[9]. Pengambilan conto batuan pada  titik-titik  lokasi  penelitian  yang  mewakili  keadaan  batuan  sejenis  yang  diteliti  lebih  lanjut  di laboratorium. Metode sampling adalah metode untuk conto batuan dari massa batuan  yang dapat diambil untuk  dianalisis  sifat  mekaniknya.    Pada  penelitian  ini  metode  grab  sampling  digunakan  untuk pengambilan conto batuan, diperoleh dua litologi singkapan batuan yakni batuan andesit segar berwarna abu-abu muda sampai abu-abu tua (AM 1-3 ) dan bantuan andesit terkekarkan atau lapuk berwarna merah kehitaman (AF 1-3 ).
Gambar 4. Pengambilan conto batuan di lokasi Penelitia
hasil yang diperoleh berupa orientasi atau keududukan dari singkapan massa batuan, panjang dari garis bentangan atau scanline [1], spasi kekar, jumlah bidang diskontinuitas atau kekar dan informasi litologi dari singkapan massa batuan yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Pemetaan Bidang Diskontinuitas
Titik Pengukuran Orientasi DD/Dip Panjang scanline (m) Spasi kekar (m) Jumlah Kekar Litologi 1 177°/90° 24.14 0,513 30 Andesit Massive (AM) 2 333°/4° 12.55 0,129 31 Andesit Fracture (AF) 3 266°/8° 13.01 0,239 34 Andesit Fracture (AF) 4 155°/57° 9.05 0,202 30 Andesit Fracture (AF) 5 195°/29° 8.01 0,171 30 Andesit Fracture (AF) 6 225°/10° 21.50 0,425 30 Andesit Massive (AM) 7 330°/80° 11.74 0,222 33 Andesit Fracture (AF) 8 140°/60° 12.68 0,230 34 Andesit Fracture (AF) 9 103°/90° 19.60 0,292 31 Andesit Massive (AM)
Pengujian laboratorium dilakukan dengan beberapa tahapan yakni preparasi conto uji sesuai dengan kebutuhan pengujian, preparasi menggunakan pendekatan ISRM (1989) [2] dengan rasio geometri conto uji  L/D  2.  Pengujian  kuat  tekan  uniaksial  (UCS)  untuk  mendapatkan  nilai  kuat  tekan  uniaksial  ( σ c ) diperoleh nilai kuat tekan conto uji (AM 1-3 ) adalah 57,68 MPa dan conto uji (AF 1-3 ) adalah 49,02 MPa. Selanjutnya ditentukan nilai Point Load Index (PLI) menggunakan persamaan (1) maka diperoleh nilai PLI untuk conto batuan AM 1-3 sebesar 2,508 MPa  dan conto batuan AF 1-3 sebesar  2,131 MPa.

## Geological Strength Index
a. Structure Rating, SR
Hasil  pemetaan  bidang  diskontinuitas  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  2  kemudian  diolah  untuk menentukan  nilai  Joint  Volumetric  (Jv)  menggunakan  persamaan  (2)  diperoleh  hasil  Jv  sebagai berikut.
.Tabel 2. Nilai Joint Volumetric , Jv pada lokasi penelitian Titik Pengukuran Panjang scanline (m) Jumlah Kekar Joint Volumetric (m 3 /joint) 1 24.14 30 1.919 2 12.55 31 15.071 3 13.01 34 17.849 4 9.05 30 36.427 5 8.01 30 52.537 6 21.50 30 2.7167 7 11.74 33 22.209 8 12.68 34 19.279 9 19.60 31 3.957
Berdasarkan Tabel 2, nilai Jv kemudian nilai Jv diplot ke dalam grafik hubungan Jv dan Structure Rating , SR (Gambar 5) [6], maka nilai Structure Rating , SR dapat ditentukan. Nilai SR dan kondisi struktur ditunjukkan pada Tabel 3.
Pemetaaan bidang diskontinuitas berupa kekar di lapangan dilakukan pada 9 titik pengukuran,
Gambar 5. Penentuan nilai Structure Rating , SR [6]
Nilai  SR  yang  diperoleh  berdasarkan  Gambar  5,  nilai  SR  menunjukkan  struktur  batuan/ rock structure sangat  blok/terganggu  ( BLOCKY/DISTURBED )  sampai  dengan  blok  hancuran ( DISINTEGRATED)
Tabel 3. Nilai Structure Rating, SR Titik Pengukuran Joint Volumetric (m 3 /joint) SR Rock Structure 1 1.919 81 BLOCKY-very well interlocked undisturbed rock mass consisting of cubical formed by three orthogonal discontinuity sets 2 15.071 35 BLOCKY/DISTURBED-folded  and/or  faulted  with  angular  blocks formed by many intersecting discontinuity sets 3 17.849 35 BLOCKY/DISTURBED-folded  and/or  faulted  with  angular  blocks formed by many intersecting discontinuity sets 4 36.427 23 DISINTEGRATED-poorly interlocked, heavily broken rock mass with a mixture or angular and rounded rock pieces 5 52.537 20 DISINTEGRATED-poorly interlocked, heavily broken rock mass with a mixture or angular and rounded rock pieces 6 2.717 81 BLOCKY-very well interlocked undisturbed rock mass consisting of cubical formed by three orthogonal discontinuity sets 7 22.209 42 BLOCKY/DISTURBED-folded  and/or  faulted  with  angular  blocks formed by many intersecting discontinuity sets 8 19.279 50 DISINTEGRATED-poorly interlocked, heavily broken rock mass with a mixture or angular and rounded rock pieces 9 3.957 70 BLOCKY/DISTURBED-folded  and/or  faulted  with  angular  blocks formed by many intersecting discontinuity sets b. Surface Condition Rating, SCR
Surface Condition Rating (SCR) ukuran blok dan bentuk menunjukkan geometri massa batuan keseluruhan dan  proporsi  volume  batuan  yang  ditempati  oleh  diskontinuitas  dan  kondisi  permukaan  atau Surface Condition Rating (SCR) berdasarkan pengamatan stuktur (ukuran blok dan bentuk) dan kondisi permukaan diskontinuitas (pelapukan, derajat kekasaran, dan alterasi). Tabel 4 menunjukkan kualitas struktur bidang diskontinuitas pada lokasi penelitian berada pada kualitas sangat bagus (D1) sampai cukup (D3).
Tabel 4. Pembobotan Nilai Structure Condition Rating , SCR Titik Pengukuran Surface Condition Rating, SCR Roughness Rating, Rr Weathering Rating, Rw Infilling Rating, Rf Discontinuity Structure 1 5 5 6 16 D1 2 3 6 6 15 D1 3 5 3 6 14 D2 4 5 6 6 17 D1 5 5 3 0 8 D3 6 5 6 6 17 D1 7 5 6 2 13 D2 8 3 6 2 11 D2 9 5 3 6 14 D2
Berdasarkan hasil pembobotan nilai SR (Tabel 3) dan nilai SCR (Tabel 4), dan nilai PLI 2.131 – 2.795  MPa  maka penentuan  nilai  GSI  menggunakan  bagan Geological  Strength Index kekuatan massa batuan 𝐼𝑠 50 ≤ 3 MPa [11]
Gambar 6. Grafik Geological Strength Index kekuatan massa batuan 𝐼𝑠 50 ≤ 3 MPa

## Tabel 5. Pembobotan Nilai Geological Strength Index [6]
Titik Pengukuran Geological Strength Index Structure Rating, SR Rock Structure Surface Condition Rating, SCR Discontinuity Structure 1 70 81 S2 16 D1 2 48 35 S4 15 D1 3 47 35 S4 14 D2 4 48 23 S5 17 D1 5 29 20 S5 8 D3 6 73 81 S2 17 D1 7 40 32 S4 13 D2 8 45 32 S4 11 D2 9 61 70 S3 14 D2

## Penentuan Kriteria Kemampugalian
Berdasarkan penentuan nilai Geological Strength Index yang diperoleh dari perhitungan berbagai parameter penting meliputi peringkat struktur (SR) dan peringkat kondisi permukaan kekar (SCR), maka kriteria  kemampugalian  massa  batuan  pada  lokasi  penelitian  berdasarkan  nilai  GSI  ditunjukkan  pada Tabel 6.
Tabel 6. Kriteria Kemampugalian menggunakan Geological Strength Index Titik Pengukuran Litologi, Kode Geological Structure 𝑰𝒔 𝟓𝟎 MPa Kriteria Penggalian Strength Index Discontinuity 1 Andesit Massive (AM) 70 S2D1 2.795 Peledakan/ Blasting 2 Andesit Fracture (AF) 48 S4D1 2.131 Penggaruan/ Ripping 3 Andesit Fracture (AF) 47 S4D2 2.131 Penggaruan/ Ripping 4 Andesit Fracture (AF) 48 S5D1 2.131 Penggaruan/ Ripping 5 Andesit Fracture (AF) 29 S5D3 2.131 Penggalian/ Digging 6 Andesit Massive (AM) 73 S2D1 2.795 Peledakan/ Blasting 7 Andesit Fracture (AF) 40 S4D2 2.795 Penggaruan/ Ripping 8 Andesit Fracture (AF) 45 S4D2 2.131 Penggaruan/ Ripping 9 Andesit Massive (AM) 61 S3D2 2.795 Pemecah/ Hammer
Penilaian  kemampugalian  menggunakan  GSI  dengan  kekuatan  massa  batuan 𝐼𝑠 50 ≤ 3  MPa diklasifikasikan dalam bagan GSI yang ditunjukkan pada Gambar 6. Tabel 6 menyajikan data mengenai litologi,  karakteristik  massa  batuan  dan  kriteria  penggalian.  Terlihat  bahwa  kriteria  penggalian peledakan/ blasting diperlukan pada massa batuan blok dengan kondisi diskontinuitas sangat baik (S2D2) dengan nilai GSI 70-73, dan 𝐼𝑠 50 2.795 MPa. Pemecahan digunakan pada kondisi batuan serupa (S3D2) dengan  nilai  GSI  61  dan 𝐼𝑠 50 2.795  MPa.  Sebagian  besar  massa  batuan  memiliki  struktur blok/terganggu/berlapis (S4D1 s/d S5D1) dapat digaru/ ripping dengan nilai GSI 40 hingga 48 dan 𝐼𝑠 50 2.131 MPa. Massa batuan dengan bidang diskontinuitas hancuran, hancur dan terlaminasi/tergeser serta kondisi permukaan bidang diskontinuitas yang buruk (S5D3) digali menggunakan peralatan penggalian dengan nilai GSI 29 dan 𝐼𝑠 50 2.131 MPa.

## 4.0 KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  dan  analisis  penentuan  kriteria  kemampugalian  massa  batuan menggunakan Geological Strength Index didapat beberapa kesimpulan, yaitu Kriteria kemampugalian pada massa batuan Andesite Massive (AM) dengan nilai Geological Strength Index 70 (S2D1), Geological Strength Index 73  (S2D1)  dan Point  Load  Index sebesar  2.795  MPa  adalah  peledakan/ blasting .    Kriteria kemampugalian  pada  massa  batuan Andesite  Massive (AM)  dengan  nilai Geological  Strength  Index 61 (S3D2), dan Point Load Index sebesar 2.795 MPa adalah pemukul/ hammer .  Kriteria kemampugalian pada massa batuan Andesite Fracture (AF) dengan nilai Geological Strength Index 40-48 (S4D1 – S5D1) dan Point Load Index sebesar 2.131 MPa adalah penggaruan/ ripping . Kriteria kemampugalian pada massa batuan Andesite Fracture (AF) dengan nilai Geological Strength Index 29 (S5D3) dan Point Load Index sebesar 2.131 MPa adalah penggalian/ digging .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  disampaikan  kepada  semua  pihak  yang  telah  berperan  dalam  penelitian Penentuan  Kriteria  Kemampugalian  Massa  Batuan  Andesit  menggunakan Geological  Strength  Index , sehingga penelitian ini dapat di selesaikan dengan baik.

## REFERENSI
[1] M. G. Culshaw, “Ulusay, R (ed.), 2015. The ISRM suggested methods for rock characterization, testing  and  monitoring:  2007–2014:  Cham,  Switzerland:  Springer.  DOI  10.1007/978-3-319- 007713-0,” Bull. Eng. Geol. Environ. , vol. 74, no. 4, hal. 1499–1500, 2015.
[2] D. C. Wyllie dan C. Mah, Rock slope engineering . CRC Press, 2004.
[3] J. A. Franklin, “Suggested method for determining point load strength,” in International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts , 1985, vol. 22, no. 2, hal. 51–60.
[4] M.  J.  Tilkens,  C.  Wall-Scheffler,  T.  D.  Weaver,  dan  K.  Steudel-Numbers,  “The  effects  of  body proportions on thermoregulation: an experimental assessment of Allen’s rule,” J. Hum. Evol. , vol. 53, no. 3, hal. 286–291, 2007.
[5] Z. T. Bieniawski, “Geomechanics classification of rock masses and application in tunneling.,” Proc., 3rd Int. Cong. Rock Mech. , hal. 27–32, 1974.
[6] P. Marinos dan E. Hoek, “GSI: a geologically friendly tool for rock mass strength estimation,” in ISRM international symposium , 2000, hal. ISRM-IS.
[7] P.G.F., “Rock slope engineering,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr. , vol. 15, no. 1, 1978, doi: 10.1016/0148-9062(78)90720-9.
[8] Q. Zhang et al. , “A modified Hoek-Brown failure criterion for unsaturated intact shale considering the effects of anisotropy and hydration,” Eng. Fract. Mech. , vol. 241, hal. 107369, 2021.
[9] S.  Bronto,  R.  D.  Hadisantono,  dan  J.  P.  Lockwood, Peta  geologi  Gunungapi  Gamalama,  Ternate, Maluku Utara 1: 25,000 [Indonesia] . Direktorat Vulkanologi, 1982.
[10]  R. Karim dan S. Suriadi, “KAJIAN KARAKTERISTIK BATUAN BEKU ANDESIT SEBAGAI BAHAN  BANGUNAN  DI  DAERAH  SULAMADAHA  KECAMATAN  TERNATE  BARAT KOTA TERNATE,” 2019.
[11]  G. Tsiambaos dan H. Saroglou, “Excavatability assessment of rock masses using the Geological Strength  Index  (GSI),” Bull.  Eng.  Geol.  Environ. ,  vol.  69,  no.  1,  hal.  13–27,  2010,  doi: 10.1007/s10064-009-0235-9.